3870 制冷熱交換器U型管自動(dòng)成型機(jī)設(shè)計(jì) ——夾緊機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 、彎管機(jī)主機(jī)部分設(shè)計(jì)

3870 制冷熱交換器U型管自動(dòng)成型機(jī)設(shè)計(jì) ——夾緊機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 、彎管機(jī)主機(jī)部分設(shè)計(jì),制冷,熱交換器,自動(dòng),成型,設(shè)計(jì),夾緊,機(jī)構(gòu),彎管,機(jī)主,部分,部份 畢業(yè)實(shí)習(xí)報(bào)告題目名稱：制冷熱交換器 U 型管自動(dòng)成型機(jī)設(shè)計(jì) ——夾緊機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)、彎管機(jī)主機(jī)部分設(shè)計(jì) 院系名稱： 機(jī) 電 學(xué) 院 班 級(jí)： 機(jī) 自 072 學(xué) 號(hào)： 200700314216 學(xué)生姓名： 趙樂朝 指導(dǎo)教師： 樊 瑞 2011 年 03 月中原工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)實(shí)習(xí)報(bào)告1目錄1 前言 ...................................................................................................................................................22 調(diào)研 ...................................................................................................................................................32.1 交換器用銅合金管的規(guī)格： ...............................................................................................32.2 國內(nèi)外現(xiàn)狀以及各類彎管機(jī)的特點(diǎn) ...................................................................................42.4 彎管的方式 ...........................................................................................................................52.5 小彎曲半徑管件的加工 .......................................................................................................63 對于課題的具體分析 .......................................................................................................................73.1 自動(dòng)送料機(jī)構(gòu)的擬定 ...........................................................................................................73.2 彎曲夾緊機(jī)構(gòu)以及彎曲機(jī)構(gòu)的擬定 ...................................................................................83.3 切斷機(jī)構(gòu)的擬定 ...................................................................................................................83.4 彎管機(jī)主機(jī)整體方案的擬定 ...............................................................................................94 參考文獻(xiàn) ...........................................................................................................................................9中原工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)實(shí)習(xí)報(bào)告21 前言隨著現(xiàn)代化生產(chǎn)系統(tǒng)的不斷發(fā)展，彎管不斷出現(xiàn)在人們的生活當(dāng)中：各種護(hù)欄、扶手拐彎處的尖角慢慢被淘汰了，取而代之的是飽滿的圓弧，這樣不僅提高了美觀度，更重要的是安全性能大大提高了。各種管道中，不可避免地要用到各種彎管，比如船舶管道、汽車油管、機(jī)車傳動(dòng)系統(tǒng)、航空航天中的各種管路。而圓弧彎管相對于其他類型的彎管有許多優(yōu)勢，首先，各種物料在圓弧彎管處流動(dòng)平穩(wěn)，對管壁沖擊力小且均勻；其次，圓弧彎管本身應(yīng)力集中小，強(qiáng)度高，抗沖擊力大。隨著現(xiàn)代鋼制家具的興起，辦公椅、沙灘椅、行李車、購物車、童車、童床、電腦桌等等，幾根金屬管材構(gòu)成幾條明亮的線，實(shí)用，便利，安全，可靠各種制冷設(shè)備如空調(diào)，冷凝器和交換器等基本上都是彎管了，小 U 型管，回形彎等等；衛(wèi)浴行業(yè)中的彎管現(xiàn)在是越來越多了，水龍頭、毛巾架、S 型附頭……；摩托車、汽車、電動(dòng)車、自行車等交通工具上，車把手、保險(xiǎn)杠、車架等、健身器材，燈飾，建筑行業(yè)等等行業(yè)……。其實(shí)，各種直徑、各種角度的圓弧彎管大多是用各種手動(dòng)或機(jī)械彎管機(jī)加工生產(chǎn)出來的，當(dāng)然，哪種配件用在哪個(gè)行業(yè)，作用不同，對于彎管的要求及側(cè)重點(diǎn)也不盡相同，這里就牽涉到了“彎管機(jī)”和“彎管工藝” ！上面提到了很多管材的應(yīng)用，說明了在現(xiàn)代的工業(yè)以及人們的日常生活中，管材應(yīng)用地很廣泛。本課題研究所涉及的管材是制冷行業(yè)中的小 U 型管。在制冷行業(yè)中，壓縮機(jī)、冷凝器、蒸發(fā)器以及冷熱交換器是制冷設(shè)備中的重要組成部分，它們的種類很多，但是無論哪一種設(shè)備都離不開 U 型管。它們中的管路常常是將小 U型管彎頭焊接到直管上形成的。U 型管彎頭制作質(zhì)量的好壞直接影響以后工序工藝，U 型管質(zhì)量的好壞直接影響著制冷設(shè)備的質(zhì)量。這里就牽涉到了彎管機(jī)和彎管工藝。U 管的彎制方法有很多，相應(yīng)的設(shè)備也有很多，但大多數(shù)都是用手動(dòng)或機(jī)械彎管機(jī)加工生產(chǎn)出來的，而且很多是冷彎。在實(shí)際中通常是根據(jù)生產(chǎn)對 U 管的質(zhì)量要求選擇相應(yīng)的彎管機(jī)進(jìn)行加工。本課題旨在尋求一種新的彎管工藝，在保證彎管質(zhì)量的前提下盡可能提高彎管的速度。中原工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)實(shí)習(xí)報(bào)告32 調(diào)研制冷技術(shù)無論是在我們的日常生活中還是在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用的都相當(dāng)廣泛。制冷壓縮機(jī)、冷凝器和蒸發(fā)器是制冷系統(tǒng)的重要組成部分，這些設(shè)備的品種很多，但是對于任何一種而言 U 型管在他們中的應(yīng)用都很多。制冷設(shè)備中的管道很多都是用 U 型管彎頭和直銅管焊接的，U 型管彎頭的質(zhì)量好壞對制冷技術(shù)有直接的影響。因此彎管技術(shù)在制冷行業(yè)中是一項(xiàng)非常重要的技術(shù)。2.1 交換器用銅合金管的規(guī)格：2.1.1 熱交換器用銅合金管的牌號(hào)、狀態(tài)、規(guī)格如下表所示管材的牌號(hào)、狀態(tài)、規(guī)格應(yīng)符合表 1 的規(guī)定。表 1 牌號(hào)、狀態(tài)、規(guī)格（GB/T 8890-1998）2.1.2 管材的尺寸以及所允許的尺寸偏差，管材的公稱尺寸管材的公稱尺寸應(yīng)符合表 2 的規(guī)定表 2 管材的公稱尺寸系列（GB/T 8890-1998）中原工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)實(shí)習(xí)報(bào)告42.2 國內(nèi)外現(xiàn)狀以及各類彎管機(jī)的特點(diǎn)管料的機(jī)械冷態(tài)彎曲大都采用各種彎管機(jī)械進(jìn)行。現(xiàn)在國內(nèi)外常用的彎管機(jī)形式多樣，按不同的標(biāo)準(zhǔn)可以劃分為很多種。按傳動(dòng)方式的不同可以分為：手動(dòng)彎管機(jī)、氣動(dòng)彎管機(jī)、機(jī)械傳動(dòng)彎管機(jī)和液壓傳動(dòng)彎管機(jī)。按控制方式的不同可以分為人工控制、半自動(dòng)控制、自動(dòng)控制和數(shù)控彎管機(jī)。手動(dòng)彎管機(jī)一般用于彎制管徑 25mm 一下的管件。生產(chǎn)特點(diǎn)：生產(chǎn)效率低、加工精度低、工人勞動(dòng)量大，只適合單件小批量生產(chǎn)。氣動(dòng)彎管機(jī)一般用于彎制管徑不超過 32mm 的管件。其特點(diǎn)是生產(chǎn)效率高、生產(chǎn)成本低，但是產(chǎn)品規(guī)格受限，適于大批量生產(chǎn)。機(jī)械傳動(dòng)彎管機(jī)一般用于彎制管徑 d 不大于 159mm 的管件，生產(chǎn)效率高，成本低，產(chǎn)品規(guī)格多，彎管機(jī)通用性好。液動(dòng)彎管機(jī)可以用來彎制各種管徑的管件，但是生產(chǎn)投入成本較高，通用性最好，生產(chǎn)效率高，而且易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，適用于大批量生產(chǎn)。2.3 管料彎曲變形分析管料彎曲基本變形機(jī)理與板料彎曲加工是相同的，特殊之處在于管料斷面是中空的，被折彎的管料外側(cè)與內(nèi)側(cè)壁厚變化相反。管料斷面的形狀變化，內(nèi)側(cè)管面的褶皺缺陷往往成為管料彎曲加工中的問題。加工過程中管料斷面的形狀變化如圖 1 所示，與板料彎曲相似，管料彎曲時(shí)，彎曲橫斷面上，外側(cè)壁厚發(fā)生拉伸變形，內(nèi)側(cè)壁厚發(fā)生壓縮變形。當(dāng)彎曲達(dá)到一定程度后，內(nèi)側(cè)管壁在壓應(yīng)力的作用下仍會(huì)失穩(wěn)而發(fā)生皺折，外側(cè)管壁在拉應(yīng)力的作用下會(huì)產(chǎn)生裂紋。另外，彎管外側(cè)的管壁由于受切向拉伸而向內(nèi)側(cè)轉(zhuǎn)移，導(dǎo)致管料彎曲后整個(gè)斷面形狀呈橢圓形。中原工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)實(shí)習(xí)報(bào)告5圖 1.管料彎曲變形示意圖2.4 彎管的方式管材彎曲成型是直接靠特別的磨具來實(shí)現(xiàn)的，通常按模具的特征大致可以分為四類：沖模強(qiáng)制成型法，其代表就是用沖床來生產(chǎn)彎管件。滾輪彎曲法，常見于電動(dòng)三輥卷彎機(jī)，其特點(diǎn)是只能卷制不同的弧形，目前應(yīng)用最廣的是不銹鋼裝飾行業(yè)。滾壓法，常見于電動(dòng)機(jī)平臺(tái)式彎管機(jī)，目前液壓彎管機(jī)械中的雙彎機(jī)也是采用這種成型方法。纏繞式彎曲法，目前市場上所有的單頭液壓彎管機(jī)及數(shù)控彎管機(jī)采用的都是這種成型法，其特點(diǎn)是產(chǎn)品變形小，基本上可以避免管材表面的劃傷，進(jìn)行有芯彎曲時(shí)管材的橢圓度和減薄量都可以控制在最小范圍內(nèi)。若按采用芯棒情況又可以分為兩類，即有芯棒彎曲法和無芯棒彎曲法，液壓彎管機(jī)和數(shù)控彎管機(jī)都是按纏繞式彎曲進(jìn)行設(shè)計(jì)的，并都可以進(jìn)行有芯彎曲和無芯彎曲。管料的壓彎和繞彎示意圖：圖 2.壓彎法彎管示意圖 圖 3.管料繞彎示意圖2.5 小彎曲半徑管件的加工管料彎曲制品斷面有一定橢圓度是難免的。但不同的加工方法（包括是否使用芯棒）對橢圓變化程度影響不同。用壓縮彎曲或回轉(zhuǎn)牽引彎曲法加工，當(dāng) R/d=2.0時(shí)，橢圓率 η 約為 5%（η=(a-b)/a 各符號(hào)見圖 1）管料彎曲的加工極限決定于破裂和折皺缺陷的產(chǎn)生。一般對于壁厚 t 和管徑d 之比較小的薄壁管料，折皺是制約加工極限的主要因素；而采用回轉(zhuǎn)牽引彎曲時(shí)，由于整個(gè)管料都收拉伸，容易發(fā)生破裂，其加工極限決定于是否達(dá)到破裂的拉伸極限。隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，為了獲得緊湊的結(jié)構(gòu)，對減小管子的彎曲半徑提出了新的要求。相對彎曲半徑 R/d<1.5 的管件稱為小彎曲半徑管件。這類管件的彎制目前可以采用以下加工方法，但第二和第三種已不屬于彎曲變形。帶有軸向頂鐓裝置的機(jī)械冷彎如圖 4 所示：中原工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)實(shí)習(xí)報(bào)告6圖 4.軸向頂鐓機(jī)械冷彎示意圖如圖 4 所示，為了改善小彎曲半徑彎頭的質(zhì)量，采用頂鐓裝置，即在管子末端施加了軸向推力。在軸向推力的作用下，可以使管子外側(cè)拉伸區(qū)的切向拉伸應(yīng)力由+σ1 減小大+σ3，使彎曲中性線外移（圖 5 中由 R2 移到 R1）.這樣，彎頭截面的畸變和外側(cè)壁厚減薄都得到改善。但內(nèi)側(cè)壓縮區(qū)的壓縮應(yīng)力-σ1 增大至-σ3，這樣將增加內(nèi)壁產(chǎn)生皺折的可能性，為此在內(nèi)側(cè)加防皺板。軸向推力的大小根據(jù)具體要求而定。通常以中性線外移至等于平均彎曲半徑的原則來確定。對相對彎曲半徑 R/d<1.5 的管件的彎曲加工，除了上述的彎曲方法外還有其他兩種方法：冷擠壓彎管和芯棒熱擠壓彎管，如圖 6 和圖 7 所示。圖 6.冷擠壓管冷擠壓管彎管法利用金屬管料的塑性，在常溫狀態(tài)下將直管毛坯壓入帶有彎型槽的模具中，形成管子的彎頭。目前該方法常用于加工最小相對彎曲半徑 R/d=1.3的彎頭。制成的彎頭具有較小的橢圓度（≤2%―5%） ，外側(cè)管壁減薄量小于 9%。采用這種方法模具結(jié)構(gòu)簡單，不需專門機(jī)床，生產(chǎn)率高。熱推擠壓管方法是把管料邊加熱邊向前推擠，從牛角芯棒處擠出。管料受推力和芯棒阻力作用，更由于管料內(nèi)側(cè)壁外側(cè)加熱溫度高，內(nèi)側(cè)金屬向外轉(zhuǎn)移，使部分金屬材料重新分布，彎曲件質(zhì)量好。只要選擇合適的管料，就能加工出管壁厚度均勻、橢圓度很?。é?1%）的彎頭。 ，其缺點(diǎn)是：不能制得帶直段的彎曲件，牛角芯棒制作較困難，并且需要專門的機(jī)床。圖 7.熱推擠壓管圖 5.切向應(yīng)力疊加中原工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)實(shí)習(xí)報(bào)告73 對于課題的具體分析本課題研究設(shè)計(jì)的是制冷熱交換器 U 型管自動(dòng)成型機(jī)設(shè)計(jì)——夾緊機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)、彎管機(jī)主機(jī)部分設(shè)計(jì)。該機(jī)為制冷熱交換器銅質(zhì)管件的自動(dòng)成型設(shè)備。機(jī)器的功能是通過送料、夾緊、彎曲和切斷等動(dòng)作，將直銅管彎制成 U 型彎頭的自動(dòng)液壓傳動(dòng)彎管機(jī)。常見的彎管方法有 4 種：沖模強(qiáng)制成型法、滾輪彎曲法、滾壓法和纏繞式彎曲法。目前市場上所有的單頭液壓彎管機(jī)及數(shù)控彎管機(jī)采用的是纏繞式彎曲成型法，其特點(diǎn)是產(chǎn)品變形小，基本上可以避免管材表面的劃傷，進(jìn)行有芯彎曲時(shí)管材的橢圓度和減薄量都可以控制在最小范圍內(nèi)。由于冷熱交換器 U 管的內(nèi)徑較小，此 U 型管是小型 U 型管，彎管質(zhì)量要求較高，采用纏繞式彎管法可以保證變形小，并可以避免管材表面的劃傷。3.1 自動(dòng)送料機(jī)構(gòu)的擬定三種常見的棒料供料機(jī)構(gòu)和送料夾緊機(jī)構(gòu)如圖 8、圖 9 和圖 10 所示圖 8.杠桿式圖 9.滾珠式 圖 10.滾子式本設(shè)計(jì)是關(guān)于管材的自動(dòng)送料，且管徑較小，對變形質(zhì)量要求較高，擬定采用杠桿式送料機(jī)構(gòu)。3.2 彎曲夾緊機(jī)構(gòu)以及彎曲機(jī)構(gòu)的擬定常見的管材彎曲機(jī)構(gòu)有三種：壓彎法彎管、壓縮式繞彎彎管和回轉(zhuǎn)式牽引彎曲，本設(shè)備所要加工的是小 U 型管彎頭，對加工質(zhì)量要求較高，結(jié)合各彎曲方法的特點(diǎn)，擬采用回轉(zhuǎn)牽引式彎曲機(jī)構(gòu)進(jìn)行彎管，如圖 11 所示：中原工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)實(shí)習(xí)報(bào)告8圖 11.回轉(zhuǎn)牽引式彎曲機(jī)構(gòu)3.3 切斷機(jī)構(gòu)的擬定切斷機(jī)構(gòu)是由一臺(tái)小型電動(dòng)機(jī)通過帶驅(qū)動(dòng)鋸片高速旋轉(zhuǎn)進(jìn)行切割，以減小截?cái)嗝娴淖冃瘟俊?.4 彎管機(jī)主機(jī)整體方案的擬定綜合而得，初步擬定該機(jī)的自動(dòng)循環(huán)工作過程為：送料夾緊機(jī)構(gòu)夾緊管坯→送料機(jī)構(gòu)按照要求的長度向右送料→彎曲夾緊機(jī)構(gòu)將管坯夾緊→動(dòng)模與定模合模，同時(shí)芯軸插入管坯→彎曲（動(dòng)模隨彎曲機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)）→送料夾松開→送料機(jī)構(gòu)復(fù)位，芯軸同時(shí)退出→開模（動(dòng)模復(fù)位）→切斷→切斷機(jī)構(gòu)復(fù)位→彎曲機(jī)構(gòu)復(fù)位。如圖12 所示：圖 12.U 型管成型機(jī)主機(jī)工作示意圖1-管坯；2-送料機(jī)構(gòu)；3-送料夾緊機(jī)構(gòu)；4-彎曲夾緊機(jī)構(gòu)；5-萬向節(jié)式球頭；6-動(dòng)模；7-芯軸；8-壓縮彈簧；9-調(diào)整螺釘螺母；10-定模；11-退件孔；12-切斷機(jī)構(gòu)；13-退件機(jī)構(gòu)彎曲機(jī)構(gòu)中采用了芯軸，其目的是防止管坯的內(nèi)壁產(chǎn)生皺折，常見的芯軸有四種，如圖 13 所示：中原工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)實(shí)習(xí)報(bào)告9圖 13 .幾種常見的芯棒結(jié)構(gòu)4 參考文獻(xiàn)1.制冷裝置制造工藝/李玉春編著.—北京：人民郵電出版社，2003.22.現(xiàn)代液壓技術(shù)應(yīng)用 220 例/張利平主編. —2 版. —北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2009.53.機(jī)構(gòu)參考手冊/C.H.柯熱夫尼柯夫等編著. —北京:機(jī)械工業(yè)出版社，1998.104.管材管件應(yīng)用技術(shù)手冊/柳金海編.—北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004.3