1MN除鳞机主体结构设计(终期论文)1.doc
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1、 1MN除鳞机主体结构设计摘要:本论文介绍了在扎制刚在加工过程中所产生氧化皮的处理办法。为解决给定工件两待加工表面的加工精度问题,必须先去除其氧化皮而后加工。本论文旨在设计出一利用合理的除鳞方法以去除所给定工件,给定清洗面的氧化皮的除鳞机械。通过对各种除鳞机现状的了解,从而最终确定本设计的基本实现目标、所利用的原理、主要部件等。在进行比较后优先选择机械除鳞的方式对所给工件待加工表面进行除鳞。由于工件是圆柱状,设计中利用液压马达输出旋转动力的方式进行除鳞,同时以液压缸输出直线动力使旋转盘面接近工件表面。最终通过完整的设计完成所给定的除鳞任务。在实际除鳞过程中由于工件过大,在进行搬运过程中的连续性
2、较差,无法快速完成除鳞操作导致搬运过程中再次产生少量氧化皮。在实际中运用时应改进搬运过程。目录: 摘要 第一章 绪论1.1前言1.2设计任务书1.3除鳞机的概述 1.3.1选题背景及其意义 1.3.2文献综述(国内外研究现状与发展趋势) 1.3.3除鳞方式综述 1.3.4总体研究方案比较 第二章 研究内容2.1机械除鳞的工作原理2.2除鳞机的设备构成 2.2.1 C型机架 2.2.2液压机(液压缸与活塞) 2.2.3液压马达 2.2.3导柱 2.2.4转动盘 第三章 动力件的设计计算及校核3.1液压缸的设计计算及强度校核3.2法兰的设计计算及强度校核3.3短轴的设计计算及强度校核3.4长轴的设
3、计计算及强度校核3.5 C型机架的设计计算及强度校核 第四章 结构件的设计4.1液压缸的设计及其附件选择4.2导柱的设计及其附件选择4.3传动盘的设计及其附件选择4.4支撑盘的设计及其附件选择4.5轴承和密封圈的设计及选择结论参考文献致谢 第一章 绪论1.1设计任务书申报人任运来所属学院机械学院设计(论文)选题名称1MN除鳞机主机设计课题来源企业委托课题简介:专用除鳞机是一种小型锻压设备。近年来由于成型工艺的需要,对大型锻件和铸件的质量要求也在不断提高。如大型锻件在加热后产生大量的氧化皮,变形过程中严重影响成品件的质量,因此,去除氧化皮是成形前必须解决的问题,除鳞机就是在市场急切需要的情况下而
4、专门设计的设备。因此,设计1MN除鳞机满足市场的需求,对制造业的产品质量是有着实 际意义的。通过除鳞机毕业设计,使学生综合运用在大学期间所学的机械制图、机械设计等专业基础知识,训练学生独立查阅资料、可行性分析、初步设计、技术设计、工作图设计等各个环节的能力,掌握一定的冷热加工知识,设计水平达到本科生的要求。选题理由及准备情况: 由于大型锻件和铸件毛坯在加热后产生大量的氧化皮,在成形前将其去除,以提高成品件的质量。因此,去除氧化皮是毛坯成形前亟待解决的问题,同时也是生产企业急切需要的设备。所以设计了专用除鳞机设备,以满足市场的需求。 这种设备的主要特点是结构比较简单,工作区域宽敞,工作时可以从三
5、面接近压机,因此很方便于工件的操作。1MN除鳞机属于小型锻压设备,投资少,见效快,用途广,发展前景广阔。设计(论文)要求及所具备的条件:1MN除麟机主机设计主要参数及工作量要求:1. 压机最大工作压力: 1MN;系统工作压力: 6.3 MPa。2. 绘制总装配图、机架等主要零部件的工作图。3绘制装配图A0图纸1张;零件图A1图纸2张;设计说明书1份。课题来源企业委托课题的目的、意义 专用除鳞机是一种小型锻压设备。近年来由于成型工艺的需要,对大型锻件和铸件的质量要求也在不断提高。如大型锻件在加热后产生大量的氧化皮,变形过程中严重影响成品件的质量,因此,去除氧化皮是成形前必须解决的问题,除鳞机就是
6、在市场急切需要的情况下而专门设计的设备。 通过除鳞机毕业设计,使学生充分了解除鳞机的结构以及工艺特点等,培养学生调查研究、检索中外文献和综述的能力;综合运用专业理论、知识分析解决实际问题的能力;研究方案的制定、论证、分析与比较的能力;计算机运用能力;设计与绘图能力等,达到本科生的毕业要求。要求主要技术要求: 1. 压机最大工作压力: 1MN; 2. 系统工作压力: 6.3MPa;3. 回程力:0.1 MN ;4. 工作行程:500mm;5. 液压马达最大输出转矩:120000N.m: 6. 液压马达转速:16rpm;7. 最大工件尺寸:1800x2000mm。工作量要求:1. 完成设计计算说明
7、书1.5万字以上;2. 完成总装配图,A0图纸1张;3. 完成零、部件图等合计A0图纸1张;4. 英文资料翻译2万个英文字符以上。1.2除鳞的概述1.2.1选题背景及其意义本课题来源于企业的委托,通过校外企业的委托任务,使我们能够将大学4年的知识学习和企业工作联系起来。专用除鳞机是一种小型锻压设备。近年来由于成型工艺的需要,对大型锻件和铸件的质量要求也在不断提高。如大型锻件在加热后产生大量的氧化皮,变形过程中严重影响成品件的质量,因此,去除氧化皮是成形前必须解决的问题,除鳞机就是在市场急切需要的情况下而专门设计的设备。通过除鳞机毕业设计,使学生充分了解除鳞机的结构以及工艺特点等,培养学生调查研
8、究、检索中外文献和综述的能力;综合运用专业理论、知识分析解决实际问题的能力;研究方案的制定、论证、分析与比较的能力;计算机运用能力;设计与绘图能力等,达到本科生的毕业要求。1.2.2文献综述(国内外研究现状与发展趋势)1)世界范围内钢铁行业近况。20世纪末期以来,世界钢铁产量快速增长,钢铁行业取得了巨大的进步。截止2014年,世界钢产量已达16亿t。其中 ,以中国、印度等亚洲国家的发展起到了带头作用,这些国家钢铁工业的发展支撑了本国的经济腾飞,同时也促进了国际经济的繁荣。钢铁行业在国民经济中的支柱作用在此充分体现。但是,钢铁工业急剧快速的发展在解决国民经济急需、发挥正能量的同时,也造成了一系列
9、问题。首先是资源、能源的限制凸显,矿石、铁合金等资源大量依赖进口,发展的命脉基本掌握在几个国外矿山巨头的手中。污染、排放等环境问题已经严重危及社会发展和人民生活。而我们的产品,特别是量大面广的产品仍然停留在相对初级的阶段,钢铁材料的潜力急待挖掘,升级换代迫在眉睫,循环利用已经成为重要的议事日程。面对这种严峻局面,钢铁工业发展的绿色化问题已经成为钢铁工作者,乃至全社会共同关心的问题。所谓绿色化,即节省资源和能源;减少排放,环境友好,易云循环;产品低成本,高质量、高性能。这应当是全体钢铁工作者的目标,也是现代钢铁技术的最基本的特征。2)钢铁行业中重要的工艺过程轧制轧制是钢铁行业的成才工序,是大批量
10、生产钢铁材料的工艺过程,是最主要的钢铁材料成形方法,冶炼钢的90%以上要经过轧制工艺才能成为可用钢材。轧制部门直接面对国民经济的各个行业,与汽车、建筑、能源、交通、机械制造等国民经济支柱产业密切相关,也与人民的生活紧密相连。由于钢材生产数量大、品种多、广泛应用于国民经济的各个部门,所以轧制行业是国民经济发展的基础产业之一。轧制产品在各个行业应用,从而接受实践和实际应用的考验,影响材料全生命周期的行为,并对社会和环境产生重要影响。轧制技术在轧制过程创新与轧制产品研发上具体体现在下述4个方面,即:高精度成形;高性能成形;减量化成分设计;减排放清洁工艺。3)轧制的精度控制与发展轧制技术16世纪在欧洲
11、出现,但是真正大规模发展还从上世纪初开始。在二次大战前,轧制过程的任务是以成形为主,以不断提高产量、满足当时欧美社会发展为目标。由单机发展到连续,规模不断扩大。连续式热轧机、连续式冷轧机相继登上历史舞台。二次大战之后,钢铁工业规模、数量和质量方面的迫切需求,需要自动化技术的支撑。用户行业大规模采用自动化生产线,对产品精度提出了越来越高的要求,拉动了轧制技术的发展。从50年代开始,为了保证材料的成形精度和质量,轧制过程自动化、连续化逐渐成为重要的发展趋势。特别是英国的BISRA等研究单位,从厚度自动控制技术开始,对轧制过程的精度控制展开了开创性的工作。随后,作为战后回复重建的国家,日本在大规模建
12、设钢铁厂的过程中,利用后发的优势,提出了大型化、自动化的建设目标,并贯彻到轧制过程的建设和研究之中,将轧制技术的自动化技术融合,使轧制技术的自动化、信息化水平与综合装备水平提升到一个新的高度。对于板带钢来说,外形尺寸包括厚度、宽度、板形、板凸度、平面形状等等。早所有的尺寸精度指标中,厚度精度指标是最基本、最重要的指标。通过对轧制过程控制计算机的高精度设定和基础自动化的AGC控制系统的改进,厚度精度已经达到了很高的水平。为了提高板带钢的板形质量,板形控制技术取得了长足的进步。除了一般的辊型曲线设计、轧制负荷分配等手段之外,硬件水平的提高,特别是轧制本身的改进起到了重要作用,CVC、PC、HCW、
13、DSR等新机型的出现使板带钢的板形控制获得了强力手段,控制质量发生了质的飞跃。平面形状控制,对提高中厚板成材率是一项关键技术。在平面形状控制技术中吗,利用立辊轧机与MAS法配合,可以获得最好的控制效果,能够显著提高中厚板轧机的成材率。随着用户对产品要求的不断提高,产品的表面质量问题也已经成为制约制约市场开拓的严重问题。除了高压水除鳞之外,冷却水系统的质量问题和保养以及水质的清洁度,润滑技术的改进,都可以大幅度提高钢材的表面质量。近年通过钢材成分合理设计。除鳞工艺优化以及轧制温度控制制度,可以控制钢材表面氧化铁皮的厚度和结构,生产免酸洗和减酸洗钢材,是钢材表面质量控制的重要进展。4)除鳞技术的研
14、究应用现状 准确了解钢材表面鳞皮的性质是选择合适的除鳞技术的前提。因为对于不同的氧化皮结构,冲蚀、破碎机理是不同的。钢材表面的氧化层,主要有两种情况1:第一种是钢坯从加热炉加热后产生的炉生氧化铁皮,由表及里的结构为 Fe2O3、Fe3O4、FeO,从强度上看FeO 的强度最低但它的粘度却很大,氧化层较厚,这种鳞皮温度很高,结构松散,除鳞比较容易。这就是钢材热轧除鳞,也是钢材生产中必须的一道工艺,因此研究的比较多。2:第二种是在冷轧、冷拔等生产中钢件表面二次氧化产生的再生氧化铁皮,由表及里的结构为Fe2O3、 Fe3O4,氧化层较薄,但由于氧化时间长,其氧化铁皮致密,破坏强度很高。这种氧化皮的破
15、坏强度可以参考表 1-1: 表1-1 氧化皮破坏强度表 氧化层 Fe2O3 Fe3O4 FeO 破坏强度(MPa ) 10 40 0.4 1.2.3除鳞方式综述 随着工业生产的需要,已经产生了很多钢材除鳞的工艺和方法。目前工业上应用比较广泛的除鳞技术主要包括喷丸、喷砂、抛丸除鳞,高压水射流除鳞,磨料射流除鳞等。在生产实践中往往需要综合利用各种除鳞方法的优点,才能取得更好的效果。每种方法都有它的适用范围和特点,需要做具体分析。 下面简要分析、比较各种常用的除鳞方法。 1)化学除鳞 化学除鳞法是用化学除锈剂与铁氧化物发生化学反应将锈垢、鳞皮除去的一种方法,利用的是化学药品的反应能力。 钢铁在高温条
16、件下氧化生成的氧化皮Fe2O3、Fe3O4、 FeO 都可以被酸溶解:同时酸还渗透通过氧化皮空洞与机体发生作用,生成氢气。所产生的氢气泡有机械顶裂和剥落外层黑色氧化皮、加速氧化皮溶解的作用。通常去除钢铁氧化皮可以用盐酸或硫酸,也可用盐酸和硫酸的混合液进行浸蚀处理。化学除锈法的关键在于除锈剂的工艺配方。目前已经研制了很多是用于矿山机械、大型钢材表面等表面处理的除锈液、除锈剂和除锈膏。化学除鳞法的优点是不引起金属材料的变形、处理表面不粗糙、操作简单,许多化学药品作用强烈、反应迅速、流动性好、渗透力强,容易均匀分布到清洗表面,适合大量、小型金属制品和形状复杂的物体。化学除鳞法的的缺点是处理时间长、效
17、率低,化学清洗液选择不当或过量时,会对清洗物基体造成腐蚀破坏、造成金属表面凹凸不平,化学清洗产生的废液排放是造成环境污染的原因,因此化学清洗必须配备废水处理装置。另外化学药剂操作处理不当会对工人健康、安全造成危害。 传统上的化学除锈法已经越来越不适应自动化程度高、除锈速度要求快的现代工业发展的要求。在传统化学除锈法的基础上已经发展了电化学除锈、超声波除锈及声、电、化共同作用除锈等新工艺新方法。2)机械除鳞 机械除鳞方法是最早采用的一种除鳞方法,主要是模仿人工除鳞除锈的动作,一般用滚轮、砂轮或钢丝刷作为除鳞主要机构。目前应用比较多的钢刷除鳞是利用高速旋转的钢刷来清除表面氧化铁皮的。机械除鳞装置的
18、优点是设备简单,成本低、污染小、效率高,对清洗物基体没有腐蚀破坏作用。滚轮除鳞机同时兼有钢材矫直机的用途,适用于国防、铁路、公路、水电和工业与民用各种工程建设施工的钢筋、钢丝除锈,也适用于工厂、仓库等多种情况下的钢材除锈。这种除鳞装置的主要缺点是容易磨损、占地大、搬运不便,清理结构复杂的设备时容易出现死角。钢材在除锈过程中反复弯曲和挤压,形成较大的塑性变形,导致除鳞完成后钢材残留很大的拉应力和弯曲应力,影响使用寿命。随着新型除鳞技术的不断涌现,这种老式的物理除鳞方法已经淘汰,只有少部分早期引进的国外装置还在使用。3)喷丸、喷砂与抛丸除鳞 喷丸、喷砂和抛丸是目前主要应用的材料表面清理技术之一。
19、喷丸与喷砂的区别在于喷射磨料的不同,喷丸、喷砂与抛丸的区别在于动力源和抛射方式的不同。抛丸法的原理是利用抛丸轮高速旋转叶片的离心力将球型或带棱角的弹丸,定向地抛射到金属的表面,依靠弹丸所具有的动能来破坏或打碎表面氧化皮。抛射速度与叶轮转速和回转半径成正比。一般叶轮的转速不超过 3000r /min,叶轮直径一般为350500 mm ,转速在 2000-3000 rpm 时,抛射初速度约 50-60 m /s。抛丸方法可以一次同时处理很多零件,生产效率高,但是容易产生振动、噪声大、操作不稳定、管理困难、弹丸消耗量大等缺点而且占地大、投资多。喷丸、喷砂根据磨料的进入方式不同有不同机理。磨料的进入方
20、式主要为射吸式、混合式和自重式。射吸式也称作引射式。压缩空气经过射吸管,在喷嘴部位产生负压,将磨料吸入并与压缩空气混合后再从喷嘴喷出,这种方式与后面介绍的后混合式磨料水射流很相似,只不过工作介质是气固两相流。控制压缩气体的流量和压力就可以调节吸力及喷射打击力的大小。此种形式的设备简单,移动方便,胶管磨损较小。缺点是清理效率低,吸入高度受限制,不适于大面积作业。采用移动喷枪式喷砂时工人劳动强度大、环境污染严重。混合式指磨料储存在磨料罐中,经压缩空气压缩后从磨料罐底部磨料流量阀压出后再与压缩空气混合,进一步增压提高流速,沿着空气软管经喷嘴喷出。优点是清理效率高、控制方便,适合大面积、户外作业,缺点
21、是机构复杂,软管磨损较大,磨料的回收、除尘比较困难。自重式指磨料借重力作用自由向喷嘴落下,在喷嘴前与空气混合,适于磨料喷射方向固定、自动化要求高的作业。喷丸效果与所选参数有关,如磨料的材质、形状、粒度、硬度,压缩空气压力、流量,喷嘴的直径、形状、距离、角度等。喷丸技术的优点在于喷丸机工作时没有灰尘,不污染水和空气,工件表面也不会引起化学反应。与抛丸相比,具有节省投资、占地少,机动性和适应性强,磨料选用范围广、操作方便等优点。与酸洗法相比,金属材料的机械性能受破坏程度低,喷丸除了去除金属表面氧化皮和铁锈外,还可以用于金属表面强化,可以形成适当的粗糙度,有利于层的粘接。但是开放式作业容易对环境造成
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