YX35-125-750彩板瓦成型工艺及专机设计.doc
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1、本科毕业设计(论文)题 目 YX35-125-750彩板瓦成型工艺及成型机设计 姓 名 专 业 机械设计制造及其自动化 学 号 指导教师 目 录摘 要IAbstractII前言III1绪论11.1滚压成型简介11.2滚压成型的特点11.3滚压成型产品11.4滚压成形的应用21.5滚压成型的发展51.5.1国内外滚压成型技术发展概况51.5.2滚压成型技术发展趋势51.6滚压成型设备71.6.1轻合金滚压成型机81.6.2拱形支架滚压成型机91.6.3彩钢板滚压成型机102板料滚压成型112.1成型原理112.2滚压成形力132.3成型特点142.4常用材料152.5加工条件152.5.1加工前
2、表面162.5.2加工前尺寸162.5.3润滑和清洗162.5.4加工部分的硬度162.6辊轮设计172.6.1制作形状172.6.2花型展开图172.6.3成形直边角度172.6.4导向线的确定182.6.5辊轮节圆直径182.6.6辊道数192.6.7辊轮孔型的间隙192.6.8辊轮材料193成形工艺设计213.1成型方案213.1.1成型方法213.1.2成形顺序223.1.3变形量的分配223.1.4花型展开图233.1.4辊轮直径253.2滚压成形力及扭矩263.3选择电动机与减速器284传动件校核294.1链传动部分设计294.1.1滚轮轴间链传动294.1.2减速器与主轴间链传动
3、314.2齿轮的设计校核334.2.1按齿面接触强度计算334.2.2按齿根弯曲强度计算354.2.3齿轮几何尺寸364.3传动轴的计算校核364.4轴承的选用校核404.5键的选用校核40结论42致谢44参考文献45YX35125750彩板瓦成型工艺及成型机设计YX35-125-750彩板瓦成型工艺及专机设计摘 要彩板瓦的成型加工工艺普遍采用滚压成形加工工艺。滚压成型技术是一种高效金属成型技术。滚压成形加工是通过连续布置的数组成形轧辊对板料不断进行横向弯曲,将平整的板料轧制成所需的截面形状如板材、管材、型材等的一种成型方法。这种成型方法适用于断面形状均匀,成型尺寸较长的各种产品的大批量生产。
4、根据生产要求,可以布置与成型机同步的切断机、压力机、焊接机等,能够同时对产品进行切断、压纹、焊接等加工,极大的提高生产效率。近年来,随着计算机软件的快速发展,已经有了许多成熟的滚压成型CAD/CAE/CAM系统,能够为整个滚压成形过程提供全面的软件解决方案。关键字:滚压成形;板料;工艺;YX35-125-750 MOIRE TILE FORMING TECHNOLOGY AND THIS SPECIAL MACHINES DESIGNAbstractThe forming process of color tile commonly used in roll forming process.
5、Rolling forming technology is an advanced metal forming technology. Roll forming process is a forming method by which the sheet metal is continuously subjected to transverse bending, and the flat sheet can be rolled into a desired cross section shape such as plate, tube, profile and so on. This meth
6、od is suitable for forming uniform cross-section shape, mass production of various products of longer size forming. According to the production requirements, can be arranged and molding machine synchronous cutting machine, press machine, welding machine, capable of simultaneously cutting, embossing,
7、 welding and other processing of products, improve the production efficiency. In recent years, with the rapid development of computer software, there have been many mature rolling forming CAD/CAE/CAM system, to the entire roll forming process provides comprehensive software solutionsKEY WORDS:Roll f
8、orming;Sheet metal;Technology;前言彩钢瓦作为一种新兴的建筑材料,它的出现改变了大型厂房,仓库等屋面的建造方法,为一些临时房屋、隔离墙等的搭建提供了方便,节省了建筑材料。彩板瓦加所使用的辊压成型技术是一种高效金属成型技术,可以进行辊压加工的材料范围十分广泛,最具代表性的就是低碳钢、有色金属这种类型的材料。辊压成型与其他金属成型技术相比,不仅效率提高,成品率也提高了不少。在产品方面也是具有十分显著的优势:产品的质量有保证,强度也比预定参数要高。在进行大量的工件生产时选用这种技术,可以得到最可观的经济效益。彩钢板作为当今世界推崇的新兴材料具备很多的优点。彩钢板重量轻,便
9、于运输,不管在郊区还是市区都可以使用,彩钢板外观美观色彩鲜艳,节约成本。众多行业被彩钢板的优点所吸引,彩钢板的使用范围不断在拓宽。彩钢板还是一种节能环保产品,在国外这样的产品同样是受到很多欢迎和关注的,中国是彩钢板生产大国,国内彩钢板发展的相当迅速,彩钢板的种类也剧增,众多彩钢板进行了出口,可以说中国制造的彩钢板已经走上了世界。彩钢板的需求不断增高,众多生厂商也纷纷投入这个行业中。促进彩钢板行业高速发展的过程中,也不断供应着市场需求,竞争也愈发激烈。任何一种材料的广泛应用,都缺少不了一种高效快速的成型工艺。本文基于彩钢板的成型工艺以及成型机设计,对滚压成形的原理等方面进行了深入的分析。III1
10、绪论1.1滚压成型简介滚压成型这种加工工艺有多种叫法,有来源于水泥行业从英文中翻译而来的叫法:辊压成型、辊轧成型、辊弯成型等;还有一种从俄文翻译而来的叫法为冷弯成型,多用于钢铁冶金行业1。滚压成型加工是建立在材料的物理性质基础上的。依靠材料的塑性特征,利用高强度且表面光滑的滚柱、轧辊等与加工表面接触,使产生微量的塑性变形从而逐步生产出所需的零部件产品。滚压成形加工是一种塑性加工成形过程,在成形过程中只有弯曲变形。坯料的厚度在成型过程中基本保持不变,但在弯角处会轻微变薄。被滚压加工的工件表面粗糙度瞬间就能够达到Ry0.1-0.8m。加工表面硬化后其耐磨性得到提高的同时疲劳强度也增加了30%,具有
11、切削加工中无法得到的优点2。1.2滚压成型的特点(1)成型效率高,适合于大批量生产;(2)基本没有加工长度方面的限制;(3)产品精度高,一致性好;(4)产品的表面质量好;(5)滚压成型生产机组中可以集成其它辅助加工工序,如在线冲孔、压印、弯圆、焊接、铆接等;(6)与冲压工艺相比能够节约材料20%-30%左右;(7)适用与高强度钢的成型;(8)设备投入低、换模具更换产品方便;(9)截面复杂冲压无可替代。1.3滚压成型产品作为一种高效金属成型技术,可用于滚压成形加工的材料也十分广泛,主要有低碳钢、有色金属等塑性、韧性良好的材料。其产品具有表面光洁、尺寸精确等优点。这种加工方法特别适合于大批量纵向长
12、度较大的各种孔型型钢的生产加工。滚压型钢主要产品种有:有C型钢、薄槽钢、薄V型钢、薄Z型钢、带缘Z型钢、帽形型钢等轻质型钢,瓦楞钢板、波纹钢板等宽幅截面材,钢板桩、道路护栏等大型截面材,以及窗框等小型截面材,圆形、角形等钢管以及结构用冷弯方矩形管,客车用冷弯钢,卷帘门及钢窗用型钢,低压流体输送用焊管,通用开口冷弯型钢,建筑用钢结构冷弯型钢,以及各种断面的冷弯异型材3。主要应用于公路建设、钢结构、汽车制造、集装箱、铁道车辆、钢模板与脚手架、桥梁、电器柜、悬挂输送机、电缆桥架、货架、电梯导轨、龙骨钢、蔬菜大棚、农业机械、谷物仓储、家具及防火设备等方面。图1.1滚压成型产品1.4滚压成形的应用(1)
13、螺纹滚压成形大约100多年前,滚压成形技术就被用于螺纹件的加工制造中。图1.1为螺纹牙形滚压成形过程。在飞机等航空设备的设计制造过程中,对主承力结构的连接件有较高强度要求。为保证螺纹具有对疲劳寿命有利的压应力状态,高性能航空紧固件都在热处理后滚压成形4。图1.2螺纹滚压成形过程用于飞机关键连接接头的螺栓材料强度等级要求高达1100MPa以上,且在600C高温环境下仍具有良好的机械性能。为满足疲劳寿命要求,螺纹一般都在毛坯件热处理后进行成形加工。国产牌号为GH4619的镍基高温合金,在热处理后材料强度超过1500MPa,表面硬度达到HRC4348,但是延伸率仅有8%14%。冷滚压成形的高强螺纹紧
14、固件,在成形过程中因强烈的加工硬化现象产生一系列问题:(1)滚丝轮寿命较短,易崩牙(2)毛坯件易产生裂纹、折迭超标。通过对实验以及实际生产中各种数据的研究分析发现,温滚压成形的高强螺纹紧固件,无论在工件质量或工具寿命都展现出了相对出色的数据结果。(2)齿轮滚压成形齿轮的滚压成形加工常用范成法进行加工5,图1.2为范成法加工原理示意图。这种成形法可用于加工各类圆柱齿轮,具有效率高、刀具损耗小等优点。现有研究结果表明,通过合理控制滚压成形力、成形次数、刀具前进或回转方向可以提高齿轮精度。甚至能够加工5级精度的齿轮,加工斜齿轮时可以解决拔模问题。图1.3齿轮滚压成形原理示意图(3三维曲面成型三维曲面
15、零件广泛应用于汽车、轮船、飞机、高铁、压力容器等领域。传统的加工工艺(如冲压成形)由于需要设计制造模具和加工设备,投入大、设计制造周期较长,因而适合于单件大批量生产。然而,现如今的市场需求对于产品的个性化要求日益提升,产品也要求能够快速实现多品种、小批量的生产。曲面零件的滚压成形技术常见的有增量滚压成形技术与连续滚压成形技术。增量滚压成形技术与传统的滚压成形技术相似,都是通过布置多道成型辊进行加工。这种成形方法能够实现曲面零件的快速、高效生产,并且降低了生产成本。连续滚压成形技术是一种柔性成形技术。成形机构以多点控制的柔性辊为成形工具,使板料同时产生纵向、横向弯曲变形,加工成形出三维曲面6。如
16、图1.4b所示,调节离散分布的支撑与调形机构,能够使各分段的轧辊横向(垂直于轴线方向)变形,或绕轴线弯曲一定角度。这样,成形辊整体就会沿轴线方向发生出现一定挠度的弯曲变形,上下轧辊之间间隙也会不均匀分布。这样,板料就会发生曲面弯曲,如图1.4a所示。通过来返往复加工,最终实现对板料的成形加工。图1.4曲面成形(a)基本原理图(b)成形试验装置在实际生产过程中,可根据客户需求调整轧辊改变零件的曲面形状,采用自动控制生产,产品零件具有较好的表面质量与成形精度。 1.5滚压成型的发展1.5.1国内外滚压成型技术发展概况国外滚压成型技术的研究,已经有将近200年的历史了。大体可以分为三个阶段:1838
17、1909年为第一阶段,这段时间是对滚压成型的探索阶段,整体理论研究进展缓慢。19101959年是第二阶段,这是滚压成型工艺逐步成熟和推广使用辊式冷弯成形工艺的阶段。第三阶段是1960年至今,这是滚压成形理论研究与生产徐苏发展的阶段。具体表现在以下几个方面:1)滚压成型产品产量不断增加;2)理论研究工作不断展开深入;3)产品种类不断增加,产品结构不断创新7。在国内,滚压成型生产研究较晚。我国冷弯型钢生产起始于20世纪50-60年代,生产厂家集中于鞍山、上海、重庆等个别地区,主要服务于农机业。20世纪80年代,是第一次发展高潮,生产厂家扩大到华东、华北、东北等地区,服务范围也扩大到货车、客车、建筑
18、门窗、公路护栏、货架、电器等行业,但都限于中小型机组,品种规格较少,约2000种;材质均为普碳钢,全部冷弯型钢产量约占钢材总量的1-1.5%,与世界各国相比差距很大。近年来,钢铁行业的不断发展壮大,滚压型钢也迎来了一次高速发展的浪潮。截止目前,我国共有1000多条冷弯型钢生产线,生产能力达到每年1500万吨。今年两会召开期间,“十三五”规划指出:为解决钢铁冶金行业产能过剩问题,国家将进一步缩减钢产量,并关闭一部分中小型企业。虽然滚压型钢目前市场潜力很大,但重点研究工作仍应该放在使用高新技术生产绿色环保高质量产品的研发,以及新工艺、新技术的开发。这样才有利于保持市场占有率,赶超国际顶尖水平。1.
19、5.2滚压成型技术发展趋势(1)CAD/CAE技术应用尽管滚压型钢具产量很大,应用广泛。但滚压成型技术仍然被认为是一种“未掌握的艺术”,它的特点和规律还没有被人们完全认识掌握。作为一个复杂的成形过程,滚压成形受很多因素的影响。但产品的最终截面形状始终是由轧辊所决定的,轧辊的合理设计、装配、调试将影响到整个生产过程的效率8。北方工业大学机电研究所现在所使用的计算机系统已能够实现对轧辊从设计到数控加工的一体化功能。滚压成形过程中材料的横向弯曲、纵向应变、边缘弯曲等变量,一直是滚压成形机理研究的重要内容。过去受限于对于材料变形中微观变化缺少观察、研究手段,并没有取得很大的进展。然而由于计算机软件及有
20、限元仿真分析技术的发展,滚压成形工艺发展得以不断深入。无论是利用现有的有限元分析软件,还是基于其基础理论的开发软件,都可以进行变形仿真、应力分析等研究。德国date M公司所研发的COPRA软件系统,已能够实现对产品从花型设计到生产模拟、成本计算、质量监管等整个过程全面、集成的软件解决方案。图1.3为日本的学者对直缝焊钢管滚压成型过程及变形特性模拟分析的部分结果,并得出采用热效应区的最外层表面的金属流动线,以及在壁厚方向等温焊接方法可以降低最大倾斜角的结论。随着研究的深入,将会不断有专用于滚压成形的软件系统被开发,有限元分析法也将得到更广泛的应用。1.5焊管滚压成形过程(2)柔性滚压成型技术柔
21、性滚压成型技术是将人工智能技术、计算机控制技术应用到滚压成型生产中。柔性滚压成形机是由一道道相对独立存在的生产控制单元共同构成的。图1.6是一种单轴柔性滚压成型机组。在实际生产过程中,控制电机将按照数控程序调整各道次的轧辊的横向位置、旋转角度和机架的位置来生产所需截面形状的型材。图1.6单轴柔性滚压成型机柔性滚压成型技术在实际生产中具有显著优势。柔性滚压成型技术自动化程度高,计算机可以自动生成数控程序进行生产。一条生产线可以生产制造多种花型的产品,大批量生产成本更低。对于一些复杂断面的型材,无需在进行轧辊的设计,提高生产效率。所以,国内外对于柔性滚压成型技术将会不断加大研发投入。1.6滚压成型
22、设备滚压成型生产线一般能够完成上料、开卷、校平、切头、成形、校直、切断、出料、入库整个加工工艺流程的自动控制加工9。常见的滚压成型机组有:宽幅压型板机组,主要生产各类彩钢板、波纹瓦、复合板等宽幅截面型材;小型板式机组,主要生产角钢、方钢管、C型钢等小截面型材;高精度滚压成型机组,能够在加工范围内根据产品需求调整轧辊,同一机组可生产多种规格同类型型钢;特色滚压成型机组,可以快速更换压辊组,能够生产各类型的型材,这类机组是今后的研发重点。滚压成型机是整个生产机组的核心部分,可分为悬臂式、双端式、通轴双端式、标准式(传统式)、双层式、成组快换式和并列式。1.6.1轻合金滚压成型机轻合金滚压成型机主要
23、用于轻合金薄板材料的加工。成型机可以通过更换不同的刀具改变材料的成型形状,能够进行卷边、弯边、切边等成型加工。成型机结构示意图如图1.6所示,可分为动力部分、传动部分、工作部分、控制部分和检测部分10。图1.7轻合金滚压成型机(1.压力表2.调压阀3.主机4.立柱5.升降丝杠6.夹紧缸7.夹紧压头8.顶出缸(工件)9.回转并作台(连主轴)10.刀具11.靠模12.进给装置13.工作气缸)动力部分主要功能是将外接电源合理分配到机床各部位,如异步电机、电磁阀、气压泵等。传动部分通过变速器调节转速把电动机输出的转矩传递到主轴上。工作部分是成型机的主要部分。它由横向切断单元、纵向切断单元、卷边滚压单元
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