1889_冰箱门壳BC-47成型工艺及专机设计
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黄河科技学院本 科 毕 业 设 计 (论文) 任 务 书工 学院 机械 系 机械设计制造及其自动化 专业 08 级 1 班学 号 080105004 学生 刘宏喜 指 导 教 师 郭 长 江 毕业设计(论文)题目冰箱门壳 BC-47 成型工艺及专机设计设计 毕业设计(论文)工作内容与基本要求(目标、任务、途径、方法,应掌握的原始资料(数据) 、参考资料(文献)以及设计技术要求、注意事项等) (纸张不够可加页)一、设计技术要求、原始资料(数据) 、参考资料(文献)通过实习调研搜集资料,运用所学知识,并借助 CAD 等绘图软件,针对指定型号的冰箱门壳,编制成型工艺并设计一台针对该产品的滚压成型机。该机必须满足以下要求:1:原材料为 0.8F 钢,厚度 0.5mm 冷板,冲剪下料为所需尺寸,2:门壳最大高度为 50mm, 成型最小长度为 450mm, 最大长度为:1400mm(参考零件图)3:成型门壳厚度 400mm-680mm 任意可调,4:整机运行速度不小于 8-12m/min 无级调速,5:尺寸公差满足图纸要求,7:成型后表面不能有划伤、压痕、翘曲、波纹等现象。在做本课题时,需要查阅机械原理,机械设计,滚压成型设计手册,机械设计手册 1-5 卷等相关资料。二、设计目标与任务1.查阅文献资料 12 种以上,外文资料不少于两篇。写出 3000 字以上的文献综述,单独装订成册。2.翻译外文科技资料,不少于 3000 汉字,单独装订成册。3.完成开题报告,填写开题报告表。4.编制成型工艺,拟定成型机结构原理,完成成型机结构设计及强度计算等。5. 成型花纹展开图一张 A 1; 成型机器装配图一张 2A 0;机架图一张 A 0; 斜辊组件装配图一张 A 2;下辊零件图一张 A ; 上辊零件图一张 A ;6.编写摘要,英中文完全对照,中文不少于 300 字。7.编写设计说明书,不少于 8000 字符。三、时间安排1-4 周 完成开题报告、文献翻译、文献综述及总体方案设计5-10 周 完成总体设计、完成部分机构的装配图及部分零件图并撰写说明书10-11 周 修改论文、资格审查等12 周 毕业答辩毕业设计(论文)时间: 2012 年 02 月 13 日至 2012 年 05 月 15 日计 划 答 辩 时 间: 2012 年 05 月 19 日专业(教研室)审批意见:审批人签名:日 期:单位代码 学 号 080105004 分 类 号_密 级_毕业设计说明书冰箱门壳 BC-47 成型工艺及专机设计院 系 名 称:工学院机械系 专 业 名 称:机械设计制造及其自动化学 生 姓 名:刘宏喜 指 导 老 师:郭长江 2012 年 05 月 10 日1开题报告表课题名称 冰箱门壳 BC-47 成型工艺及指专机设计课题来源 企业项目 课题类型 AX 指导教师 郭长江学生姓名 刘宏喜 学 号 080105004 专 业 机械制造及其自动化课题报告内容:(调研资料的准备,设计的目的、要求、思路与预期成果;任务完成的阶段内容及时间安排;完成设计(论文)所具备的条件因素等。 )一、调研资料准备、本课题的意义滚压成型机的兴起为制造业的发展注入了新的血液,使家电制造发生了质的变化。最为明显的是,组合滚压机床的出现大大缩短了制造业的开发和生产周期,提高了冰箱生产质量,降低了生产成本。本课题主要针对浙江星星集团冷柜分厂提出的设计要求:包括生产效率不小于12m/min,生产宽度 400-1000mm 连续可调、误差不大于 0.2mm,成型最小长度 400mm,要求表面无压痕和划伤、无扭曲、翘曲等缺陷。根据这些要求结合产品图纸设计一台滚压成型设备。二、设计思路设计运用注本课题的思路分为三步,第一步是根据零件形状分析成型过程,制定成型工艺,计算滚道数,每道滚的升角,并画出花型展开图。第二步是根据花型展开图确定滚轮的布置方式,传动方式,上下料形式等并画出整机装配图。第三步绘制斜滚轮部装图,部分滚轮零件图,部分轴类零件图。三、任务完成的阶段内容及时间安排14 周 查阅资料、调研;撰写文献综述,翻译外文资料;56 周 拟定总体方案,绘制花型展开图;79 周 进行设备的总体方案设计;画出设计草图;1015 周 绘制滚压成型机装配图和零件图;1617 周 整理设计资料、参考文献,写出完整详细的设计说明书;18 周 准备答辩。三、预期成果及表现形式滚压成型花型展开图、成型机总装图、部装图、部分滚轮零件图、主要传动轴的零件图毕业论文、文献综述、外文翻译。四、完成设计已具备的条件计算机,设计室,UG、AutoCAD2004 、Solidworks 软件,有关参考书、工具书、资料等指导教师签名: 日期: 黄河科技学院毕业设计说明书 第 I 页 I冰箱门壳 BC-47 成型工艺及专机设计摘 要本文从滚压成型的国内外展望入手,重点介绍了滚压成型技术的国内外发展状况,滚压加工的特点、原理及工艺。然后根据冰箱外壳的形状,从理论入手,利用滚压成型技术,设计出质量可靠,制造简单的辊压机。本设计主要做了以下工作:1滚压成型方案的设计;2 滚压工艺的基本参数的计算;3 辊轮组数的计算、辊间距的计算和设计以及在水平和垂直方向上的调整;4 对主要传动装置进行了校核。该设计是在前人设计的基础上改进而成的。与传统的成型工艺相比,滚压成型有显著的优点,不仅成型效果好而且节省材料。当然设计中仍有不足之处和需要改进的地方。关键词: 冰箱门壳,滚压成型,辊轮,成型力黄河科技学院毕业设计说明书 第 II 页 IIBC-47 REFRIGERATOR DOOR SHELLDESIGN ROLLER PRESSAuthor:Liu Hongxi Tutor:Guo ChangjiangABSTRACTThis roll forming domestic and international outlook from the start, focusing on the roll forming technology, domestic and international development, the characteristics of rolling process, principles and processes. Then the shape of the refrigerator case, starting from the theory, the use of roll forming technology, design quality, manufacturing simple roller press. The design of the main to do the following: 1 roll forming in the design; two basic parameters of rolling process of the calculation; 3, the calculation of the number of roller wheels, roller spacing of the calculation and design, and direction in the horizontal and vertical adjustment; 4 on the main gear was checked.This design is improved ,based on the former . Compared with the traditional molding process, it has significant advantages, shaping well and save material. Of course it still have some shortcomings and improved.KIEYWORDS : refrigerator door shell; rolling forming ; roller; forming force黄河科技学院毕业设计说明书 第 III 页 III目 录1 绪论 .11.1 滚压加工国内外况发展状 .11.2 辊式冷弯成型的历史 .11.3 辊式冷弯成型的产品 .21.4 滚压成型用材料 .21.5 最近的研究动向 .32 滚压加工成型 .42.1 滚压成型的优缺点 .42.2 滚压成形的原理与设计要点 .42.3 制件花型展开图 .62.4 滚压成型的应用 .73 冰箱门壳辊压机工作原理及设计方案 .93.1 冰箱门壳辊压机工作原理 .93.1.1 槽钢支架部分 .93.1.2 箱体部分 .93.1.3 滚压部分 .93.1.4 丝杠部分 .103.2 设计方案的确定 .103.2.1 滚轮的布置方式 .103.2.2 传动方式 .103.2.3 调节方法 .103.2.4 上下料形式 .114 总体设计计算及校核 .124.1 滚轮组数的确定 .124.1.1 成型直角边 .124.1.2 成型圆弧 .134.2 辊轮直径的确定 .15黄河科技学院毕业设计说明书 第 IV 页 IV4.3 电动机和减速器的选择 .164.3.1 计算滚压成型力及扭矩 .164.3.2 电机的选择 .214.3.3 减速器的选择 .214.4 传动链的设计 .224.4.1 辊轮轴之间的链传动的设计 .224.4.2 减速器与主轴之间的链传动 .244.5 齿轮的设计校核 .274.5.1 齿轮的几何计算 .274.5.2 第一道辊轮轴上齿轮的校核 .274.5.3 传动轴上齿轮的校核 .304.6 轴的设计校核 .344.6.1 第一根轴的设计校核 .344.6.2 主传动轴的设计校核 .354.7 轴承和键的选择与校核 .384.7.1 轴承的选用及校核 .384.7.2 键的选用及校核 .39结束语 .41致 谢 .42参考文献 .43附 录 .44 单位代码 学 号 080105054 分 类 号_密 级_毕业设计文献综述院 ( 系 ) 名 称 工 学 院 机 械 系专 业 名 称 机 械 设 计 制 造 及 其 自 动 化学 生 姓 名 刘 宏 喜指 导 教 师 郭 长 江 2012 年 03 月 10 日黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 (文 献 综 述 ) 第 2 页 冰箱门壳 BC-47 成型工艺及专机设计摘要: 近年来人们对滚压成型工艺技术越来越重视,但对该技术的理论研究还不成熟,滚压成型工艺具有的特点和规律尚未被人们完全掌握和认识。为了更好的理解滚压成型,就其国内外发展状况、优缺点、原理、设计要点、应用等做简要综述。关键词:滚压成型 工艺 发展状况 应用前言:随着市场需求的变化,产品品种的多样化、规格的系列化、式样的新颖化以及产品更新换代、响应市场变化的快速性等方面是企业在市场中的竞争能力的体现。家电产品不但是日用生活用品,而且还是家庭中的“装饰品” ,人们对其外观质量的要求更加高。而门壳则是冰箱、冰柜等家电产品的“门面” 和“外衣” ,其外观质量的好坏直接影响产品在市场的占有率。这就对门壳的生产工艺和生产设备提出了较高的要求。目前虽然有些厂家的门壳生产也采用连续滚压成形工艺,但现有的滚压设备往往是针对某个单一品种门壳而设计的,无法满足多品种、多规格门壳的生产要求,使企业难以适应市场的变化。就此对滚压成型进行简要分析。1.滚压成型国内外发展状况滚压成型大约从二十世纪六十年代在欧洲开始的。国外在 1983 年对滚压成形、制管和冲压方面均有一定发展。由于滚压成型工艺有生产效率高、节约材料、增加产品强度等优点,不仅在螺纹紧固件行业应用,汽车、自行车等工业部门也采用滚压成型工艺加 工 形状复杂的零件。随着市场需求的变化,滚压成型工艺越来越受到人们的关注。随着现代家庭对家电的需求,国家在家电产业上加大投资,冰箱的需求呈扩大的趋势,全国每年冰箱的需求量在数万以上。目前我国对 Cold form Forming 这一工艺有多种叫法:一种是从俄文翻译过来的,称为冷弯成型、冷弯型钢(冶金行业多用此说法);一种是从英文等外文译过来的,有滚轧成型、辊轧成型、辊弯成型、滚压成型;还有一种是我国台湾的叫法,有滚轮成型、冷轧成型等。英文名称比较确定,如 Roll forming、Roll-forming。2 、滚压加工成型黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 (文 献 综 述 ) 第 3 页 2.1 滚压成型的优缺点滚压成型是将高硬度且光滑的滚柱与金属表面滚压接触,使其表面层发生局部微量的塑性变形后得到改善表面粗糙度的塑性加工法的一种。(1)滚压成型运行成本低。成型过程前期设计定型,所以对操做人员的数量、技能水平、劳动强度要求较低,产品生产过程稳定,成品合格率高,降低了原材料的消耗,同时不需要专人进行模具管理。(2)滚压成型生产效率高。滚压成型生产过程不间断,适宜延伸( 冲孔、焊接、切断)进行深加工,进行自动化生产。相比冲压成型,效率提高数倍,因此更适宜大规模生产。(3)成型产品品质高。滚压成型过程分3道工序,材料逐渐变形,且弯曲变形应力得到有效释放,产品性能稳定,其尺寸精确,表面粗糙度低。不像冲压成型材料弯曲变形剧烈,一次到位,应力得不到释放,后期容易产生应力腐蚀。(4)成型产品长度不受限制,且产品厚度均匀,断面上金属分布合理,单位质量的断面系数较高。加之滚压成型具有冷作硬化作用使产品的刚度强度均有提高,提高了产品的承压能力。(5)滚压成型保证安全生产。滚压成型生产过程,操作人员双手被隔绝危险区操作。劳动强度低,杜绝了安全事故,同时其运行稳定,几乎不产生70dB以上的噪声, 极大地改善了人们的劳动条件和劳动环境。(6)滚压成型投资高。由于滚压成型需要进行滚压专机设计、滚轮设计、传动装置设计、气动装置设计等,并且整套滚压成型线技术含量高,设计结构复杂,制造难度大,调试时间长,投产周期长,所以其不适宜成型外观的随意改变,即不仅适用产品研发阶段更适宜定性产品的生产。因此只有实力雄厚的公司才可以应用滚压技术。2.2 滚压成形的原理与设计要点滚压成形原理如图1所示。是由多对成形辊轮顺次对板料变形并向前送进的滚压成形。成形在工艺上与弯曲工序极为相似, 门壳滚压成形机的成形原理是将裁切好的板材放入按逐渐成型工艺排列的多组成形辊轮中通过,带动板料向前送进,同时板料随着各道滚轮的形状而产生变形,顺次进行滚弯加工。如果门壳的形状要发生改变,可通过更换辊轮来实现。黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 (文 献 综 述 ) 第 4 页 1滚 压 加 工 是 一 种 压 力 光 整 加 工 , 是 利 用 金 属 在 常 温 状 态 的 冷 塑 性 特 点 , 利 用 滚压 工 具 对 工 件 表 面 施 加 一 定 的 压 力 , 使 工 件 表 层 金 属 产 生 塑 性 流 动 , 填 入 到 原 始 残留 的 低 凹 波 谷 中 , 而 使 工 件 表 面 粗 糙 值 降 低 。 由 于 被 滚 压 的 表 层 金 属 塑 性 变 形 , 使表 层 组 织 冷 硬 化 和 晶 粒 变 细 , 形 成 致 密 的 纤 维 状 , 并 形 成 残 余 应 力 层 , 硬 度 和 强 度提 高 , 从 而 改 善 了 工 件 表 面 的 耐 磨 性 、 耐 蚀 性 和 配 合 性 。 滚 压 是 一 种 无 切 削 的 塑 性加 工 方 法 。在滚压成形过程中,为了使板材不跑偏,在门壳成形的每一时刻,都必须保证至少有两道辊轮同时作用在门壳上成形并牵引板材行走,通常称为不跑偏基本条件。为此,前后两辊轮之间的距离应小于门壳长度的一半。如果门壳尺寸过短,成形高度较高,且要满足上下辊节圆直径相等,则相邻两辊将无法布置。其设计要点主要有:a) 断面的展开长度和弯曲展开一样, 也要考虑中性层的移动;b) 在弯曲半径很小时, 要考虑到因拉伸使截面宽度的增加;c) 以轮廓外形所制定的轴线在各工步中保持一致;d) 每对辊轮对型材壁的弯曲角度有所限制,否则将产生滚压不畅 ( 卡壳) 、制品不光滑和起皱现象。弯曲数据如下:板材厚 2.5mm 弯曲角: 10 020 0。塑性好的材料取上限, 塑性差的材料取下限。连续弯曲要考虑金属的加工硬化;e) 起始变形时, 竖壁弯曲和底部弯曲不能同时进行;f) 最后一对成形辊轮形状应考虑弹性回跳数据。由于门壳零件成形高度较高,形状比较复杂,多处带圆弧的 90 折弯,且不同制品甚至同一制品两侧的圆弧半径的大小不相等,这给由水平成形辊过渡到垂直成形带来很大困难,板材内外成形面的相对滑移过大会影响门壳表面质量。特别是纵向尺寸较短的滚压成型件,外加垂直轴成型,位置排列更加困难。对此采用了现有资料中没有的倾斜辊压成形技术,上辊的轴线倾斜,使成形表面行走方向与辊相接触处的线速度一致,避免或减少辊与板材之间的相对滑移,提高了成型表面质量。2.3 制件花型展开图着手设计时, 首先考虑断面形状。以制件的弯曲过程逐渐展开, 直至回复到平直板料的连续图形, 就称之为花型展开图, 如图2所示。将展开过程的形状, 叠放在同一张纸上的花型展开图进行分析研究。无论对形状简单还是复杂的断面都是十分有效的方法, 进而可以从整体上考虑从一个辊轮孔型移至下一个辊轮孔型的时候, 高度和宽图 2 花型展开 图 3 BXG 7002 工步展开黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 (文 献 综 述 ) 第 6 页 度方向以及弯曲加工有无不合理的地方。制件形状要避免出现太深的沟槽和急剧过渡的尖角,工步展开图如图3. 板料滚压成形用于等断面制件的大批量生产。由于使用多对辊轮的连续成形, 可以滚制出许多壁薄、质轻、刚度大而且断面形状复杂的制件型材( 图4) 。加上顺序滚压过程中可以与冲洗、起状、卷筒、焊接等多种工艺装置连动, 形成流水作业, 故生产效率极高, 成本低廉, 是现代加工制品中广泛应用和大力推广的特种工艺加工方法, 如自行车钢圈、自来水管、塑料龙骨、波纹板和国外广为应用的不锈钢窗框的生产。2.4 滚压成型的应用我们经常看到铺设道路时,轧路机将凹凸不平的马路压得很平整。滚压工具的加工原理也是如此,用滚柱滚压金属表面,将表面凸起部分碾平,而使凹陷部分隆起,加工成平滑如镜的表面。与切削加工不同,是一种塑性加工。 被滚压加工的工件不仅表面粗糙度瞬间就可以达到 Ry=0.1-0.8m,而且加工面硬化后其耐磨性得到提高的同时疲劳强度也增加了 30%等具有切削加工中无法得到的优点。由于可简单地并且低成本地进行零部件的超精密加工,日益被以汽车产业为首的精密机械,化学,家电等产业广泛采用,发挥了很大的优势。近 些 年 来 , 滚 压 型 钢 产品 作 为 重 要 的 结 构 件 在 建 筑 、 汽 车 制 造 、 船 舶 制 造 、 电 子 工 业 及 机 械 制 造 业 等 许 多图 4 封闭及半封闭的型材形式黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 (文 献 综 述 ) 第 7 页 领 域 得 到 了 广 泛 的 应 用 。 其 产 品 从 普 通 的 导 轨 、 门 窗 等 结 构 件 到 一 些 为 特 殊 用 途 而制 造 的 专 用 型 材 , 类 型 极 其 广 泛 。3 结语滚压成型是一种高效率的生产工艺,适合大批量件的生产,与冲压成形相比,其综合经济效益明显。同时该加工工艺在金属成型制造方面应用还没有普及,国内仅有几家,但滚压成型技术有其独特的优势。随着国内劳动力成本的上升,家电行业的发展,以及家电制造水平的不断提高,滚压成型加工将得到更广泛的应用,进一步促进滚压成型技术的发展。参考文献1 袁辉、孙亚伟:滚压成型与冲压成型的应用比较,河南机电高等专科学校学报,2000年6月,第8卷第2期,25页黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 (文 献 综 述 ) 第 8 页 2 陈为国:滚压成形工艺设计与应用,锻压技术,2000年,第6期。57页4 日本塑料加工协会编写组, 汪国平译. 压力加工手册M. 北京:机械工业出版社, 1984.5 金涤尘, 宋放之. 现代模具制造技术M. 北京:机械工业出版社, 2001.6 模具制造手册编写组. 模具制造手册M. 北京:机械工业出版社, 1997.7 王孝培. 冲压设计资料M. 北京:机械工业出版社, 1985.8日本塑性加工学会压力加工手册M北京:机械工人出版社,19859万战胜,顾圣岩,庞锐冲压模具设计M北京:中国铁道出版社,198310韦忠洪滚压成形工件展开料的计算J模具工业,1994(8):4143页11 Matt I as son KM Spring back analysis for sheet forming process by explicit finite element method J.International Journal of So lids and Structures,1999. 12 Lee SW Yang DY An assessment of numerical parameters in flue spring back in explicit finite element analysis of sheet metal forming process J.Mats Processing Technology,1998. 13 Yang Gang Determination of motion of Rolls for Forming Plate into Curvature Distribution in Three Roll Bending by Controlled FEM SimulationJ.Trans JSME Transaction(B),1995.14王先进冷弯型钢生产及应用M北京:冶金工业出版社,199515小奈弘,刘继英冷弯成型技术M北京:化学工业出版社,200816张利平液压传动与控制M西安:西北工业大学出单位代码 学 号 080105054 分 类 号_密 级_毕业设计文献翻译院 ( 系 ) 名 称 工 学 院 机 械 系专 业 名 称 机 械 设 计 制 造 及 其 自 动 化学 生 姓 名 刘 宏 喜指 导 教 师 郭 长 江2012 年 03 月 10 日黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 (文 献 翻 译 ) 第 2 页 工艺参数和材料参数在滚压成型中的灵敏度分析摘要:滚压成型应用于生产薄车床侧面已有数十年了。然而,对这项技术的了解仍然是基于经验。由于形成过程的复杂性,对截面性能的主要影响因素很难确定。对于相互作用的工艺参数和材料参数更是如此。这篇论文给出了创建一个滚压成型过程的模型所要考虑的一般因素。为了确定不同参数的相互作用对截面性能的影响结果,在进行数据统计设计方法上进行敏感性分析。分析中所包含的参数是指滚动直径、轧制速度、板料厚度、工具和薄板件间的摩擦力、板材材料的应变硬化特性。分析包括一个线性硬化模型和非线性运动硬化模型。所执行的工作目的是当灵敏度分析需要很多时间时减少总体时间,灵敏度分析的结果说明了一种可能性,即通过调整工艺参数和材料参数以达到最优动态性能来改善滚压成型截面的性能。关键词:滚压成型、敏感性分析、工艺参数、材料模型1.简介滚压成型是一种工艺,在这种工艺中平带钢被连续地滚压成截面。这个过程涉及到金属板的连续弯曲当金属板经过一系列成形模具时,见图1。轧制规程的设计是根据展开的截面做出来的。从这以后,得到的花型图,见图1。运用不同的校准方法获取花型图。弧形弯曲或恒定半径法也在普遍使用中,但其他方法也在应用。薄板的变形是由横向弯曲变形载荷和不可避免的反向弯曲和剪切载荷在纵向和横向方向滚压形成。后者在成型过程中将产生纤维状的弯曲并且他们会明显地影响成型过程并最终形成断面。这种无法回避的变形是研究工作的主题。最根本的关系是进行了试验性调查,其中的工艺方面的轧制规程、内在的距离和工具的直径被确认为重要的参数。纵向总应变是滚压成型的特点,在这个过程中在凸缘边沿的应变在每个工具前达到顶峰。摩擦的影响几乎是未知的。一些已测量的摩擦系数被发表在2中。因此,库仑摩擦模型系数根据润滑和滚压载荷不同而在0.05-0.3之间变化。近年来有限元分析方法在滚压成型过程中的应用正在不断增加。这是由于硬材料的发展以及有限元规划的改善。分析简单截面主要是为了建立成形结果和工具设计之黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 (文 献 翻 译 ) 第 3 页 间的联系。并且在这些分析中用到了一个隐式求解器和一个显式求解器。这表明,显性求解器适用于滚压成型的仿真当几何缺陷发生在波浪镶边时并且弯曲也在考虑中如。弹簧回弹在11、12中能观察到,在那里隐式求解器和显式求解器都用到了。然而,技术参数和材料参数滚压成形结果的相互作用研仍然还不能被研究到。在这篇论文中研究的是不同的参数的相互作用对成形截面的影响。2.有限元模型2.1一般考虑的因素滚压成型过程被认为是动态过程。因此一个显式求解器就够了。这个求解器在分析中很有用,在此过程中的联系在参考文献13中涉及到。隐式求解器被应用于随后的弹性回弹分析,参考文献14中涉及到的软件包ABAQUS被应用于所有的分析工作。在惠普XC6000上所有的分析工作能以8字节的速度进行处理,这种性能有个大约5.5的加速因素。2.2 模型细节对一种U35 /100 / 35的截面不同型号 t的滚压成型进行了模拟。所用的内部弯曲半径为4毫米。得到的轮廓带有15/ 35/ 55/ 75/ 90步骤。15和 35都采用了两种工具。在55、75和 90步骤的辊精轧机中还要额外用到一个辅助工具(见图2) 。内部经过别的距离分别为500毫米。滚压成型模具被认为是分析的重要主题。网状的空白是4节点壳单元S4R13。在这平坦的区域中,33毫米大小的带有5分元素集成的元素区域在使用并且在弯曲的区域中一个13毫米大小的带有5分元素集成的元素区域在使用。薄板的末端在滚压方向上被迫形成连续的片状。固定边界条件应用于成形模具,在分析工作摩擦忽略不计时。每个模具的旋转轴线是自由的,当分析中考虑摩擦时。在这种情况下,额外的转动惯量的元素归属于所有的工具。在分析中使用的是一般的接触算法。,因为在区域分解上没有施加约束为区域水平的并行化见参考文献13。 在正常方向的联系是建成有坚硬的接触应力定义和库仑摩擦模型介绍了两个面的切向作用。负载作用在轧制方向。这在第一个速度是增加0.05 s从零到一个恒定的成型速度使用平稳的有限元分析步骤来减小在准静态分析中的惯性效应。通过这个,可以减小薄板纵向方向的震动,这样导致结果数字上的错误的可能性会减小。为了进行比较和验证该模型,分析滚压成型过程也要使用有限元提供的隐式求解器。黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 (文 献 翻 译 ) 第 4 页 2.3材料模型一个的杨氏模量E = 210 GPa和一个泊松比= 0.3在所有分析中定义了弹性响应。塑料部分用结合的线性/非线性运动硬化模型16来描述有助于小应变分析型屈服函数根据方程(1)。在方程(1)中 是应力张量,X是屈服应力张量,kf是屈服应力,它体现了物质的各向同性硬化性能。屈服应力kf模仿修改的Ludwik-Hollomon方程式,此方程通常用于成形分析,如方程2.在方程2中f是指屈服强度,是指抗拉强度与屈服强度的强度比率, p 是塑性应力,e欧拉数量和n是一个常数。方程(2)导致一个很好的估计流动曲线为低合金钢和铝合金,如果指数n与均匀伸长率u是相关的方面的,根据公式n =(1 +u)17得。根据方程式3可得在应力空间内的弹性区域的转化量,方程式3中的C和r是材料参数。在所有工作中均匀伸长率p=0.15.根据EN10326这些值符合钢号S320.强度比率根据不同的数而定。参数C和r根据值从表12中查取。2.4 模型验证强度比值= 1.20并且线性硬化适用于模型验证。同时,摩擦阻力在分析中可以忽略不计。人们认为动能能源和内部能量的历史上能够检查一个分析在数值上是否稳定以及准静态分析的假设是否可以被证实。动能能源与内部能量的比例在准静态分析中不应超过5%13。同样动能和内部能量的历史在技术上必须是可靠的。处在凸缘上的边缘的纵向膜应变的历史和硬化工作的等级作为技术标准进行淬火。为形成对比,膜应变峰值epeak3,根据Bhattacharyya计算,如下其中a是凸缘长度和是弯曲角。黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 (文 献 翻 译 ) 第 5 页 加工硬化的程度切断了的型材得到。如果等价的屈服应力的值达到定义的参考应力值,塑性流动就要根据von mises标准计算。屈服表面的大小随等价的塑性力的变化而变化。据此,剖面的任何一点的屈服应力才能被表达如下:其中根据应用方程(2)得到的硬化性能被应用。然后平均屈服应力Fya从方程(6)得到,方程(6)中l是断面的伸长长度。为了进行准静态分析,动能与内能的比率不能超过5%,这样才能满足标准。值得提及的是,这种标准才能满足一个非常粗糙的啮合。因此其他的关于结果的可靠性的问题也必须考虑。该模型的空白的长度对内部能量的历史也有重大影响,见图3a。如果这个长度不到内部距离的两倍,约束力的变化就会造成底部条块的出现。这种行为并没有反映真实的过程。因此,在分析中,空白长度设置为内部距离的2.25倍。从分析中得到的处在凸缘边缘的纵向膜应变的历史在图3b中已经显示出来了。 ”每到工具之前的特征波峰与实验结果3,4一致。然而,从方程4所计算的应力与数字结果不一致。这是由于方程(4)的简单。滚压成型之后的屈服强度的分布如图3c,这与参考文献2中的定性试验结果相符合。正如人们所预料的那样,加工硬化将发生在弯曲的区域。回弹角的演化如图3d所显示。从隐式器所得的令人满意的解决方案显示一个不断发展。明确的解决方案是不连续的,是由振荡而引起。从这个,明确的解决方案不能复制回弹角像隐式解决方案那么清晰。这个结果与其成型模拟试验相对应,例如,拉深成形。然而,回弹角的绝对值之间只有很小的差别。结果表明,应用有限元模型能够较好地模拟滚压成型。处在凸缘边缘的膜应变的值和屈服应力分布与参考文献中结果相符合。然而,回弹角的历史表明,从其他成形程序中得到的差别应在进一步的调查中考虑。3 灵敏度分析进行的实验是测量变量(因素)对一个回应的影响。影响之研究因素的改变的反应黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 (文 献 翻 译 ) 第 6 页 方式是一个因素经历了从低级向高级水平。为了达到这一目的,阶乘的设计是有用的,特别是二级配置法设计如参考文献(19)。几个因素的考虑,导致了大量的实验。一个估计的冗余和微不足道的更高秩序的相互作用在充分配置法设计中将发生。通过这个,损失的信息对一个两级的部分配置法设计是微不足道的参照参考文献(19)。在二级设计的假定的线性关系得到的误差通过中心点得到证实。实验数量m如下:m = 2kp + 1(7)其中k是变量,p是分馏程度。这里的商业统计软件数据20是用来设计和结果分析。在这里,这样做的目的是为了确认工艺参数的相互作用和机械材料的性能对滚压成型截面的性能的影响。调查研究中的因素有辊轮直径之比、轧制速度、薄板标准尺寸,工具和薄板之间的摩擦力、薄板材料的应变硬化特性。另外,一种线性强化模型和一个非线性运动硬化模型的应用被当做因素介绍。在一个充分阶乘设计中m = 64,分析工作将是必要的。设置p = 2与部分配置法设计的数量必要的实验运行可以减少到m = 17。运动硬化的参数C和与比强度比率相匹配。在较低的水平,C = 110 GPa和= 600的更高层次的C = 77.5GPa和=500英镑。4. 结论为了对滚压成型进行数字分析,有限元分析被应用于调查研究中,这表明:1、 清晰的解决方法适合滚压成型的仿真2、模型内空白的长度应大于内部距离的2.25倍3、膜应变的峰值和硬化程度是可预测的4、使用显式解决器时,弹性回弹的估计是断续的。但是从隐式分析中得到的回弹角的绝对值之间的差异是非常小的。工艺参数和材料参数的灵敏度分析表明的结论如下:1、膜应变的峰值即受薄板尺寸和强度比率相互作用的影响也受辊轮直径和轻度比率的影响。2、硬化作用受强度比率和薄板尺寸以及他们相互作用的影响3、硬化模型的应用对应变波峰和硬化程度无影响4、弯曲率的重要性表明,对问题的进一步分析应该用高规则的模型黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 (文 献 翻 译 ) 第 7 页 黄河科技学院毕业设计说明书 第 1 页1 绪 论1.1 滚压加工国内外况发展状国外在 1983 年对滚压成形有一定发展, 冷弯成型(Cold Roll Forming)是通过顺序配置的多道次成型轧辊,把卷材、带材等金属板带不断地进行横向弯曲,以制成特定断面型材的工艺技术。冷弯成型是一种节材、节能、高效、先进适用的板金属成型工艺。20世纪八九十年代以来,冷弯成型的工艺技术在我国得到广泛应用。在国内外,由于技术资料缺乏,工程技术人员经常需要进行探索和利用试错法解决工程问题,冷弯成型工艺仍被普遍认为是一种“未掌握的艺术” (Blank Art),还未上升为科学。主要原因是冷弯成型本身具有的特点和规律尚未被人们完全掌握和认识。滚压成型是冷弯成型另一种叫法,目前我国对 Cold Roll Forming 这一工艺有多种叫法:一种是从俄文翻译过来的,称为冷弯成型、冷弯型钢(冶金行业多用此说法);一种是从英文等外文译过来的,有滚轧成型、辊轧成型、辊弯成型、滚压成型;还有一种是我国台湾的叫法,有滚轮成型、冷轧成型等。英文名称比较确定,有 Roll forming、Roll-forming。近 些 年 来 , 冷 弯 型 钢 产 品 作 为 重 要 的 结 构 件 在 建 筑 、 汽 车 制 造 、 船 舶 制 造 、 电 子 工业 及 机 械 制 造 业 等 许 多 领 域 得 到 了 广 泛 的 应 用 。 其 产 品 从 普 通 的 导 轨 、 门 窗 等 结 构件 到 一 些 为 特 殊 用 途 而 制 造 的 专 用 型 材 , 类 型 极 其 广 泛 。 冷 弯 型 钢 单 位 重 量 的 断 面性 能 优 于 热 轧 型 钢 产 品 , 并 且 具 有 很 高 的 表 面 光 洁 度 和 尺 寸 精 度 , 因 此 冷 弯 型 钢 代替 热 轧 型 钢 可 以 取 得 既 节 约 钢 材 又 节 省 能 源 的 双 重 效 果 , 所 以 人 们 对 冷 弯 型 钢 的 发展 给 予 了 高 度 重 视 。 正 是 用 户 对 冷 弯 型 钢 产 品 的 品 种 、 规 格 、 质 量 等 方 面 的 不 断 渴求 , 促 使 冷 弯 成 型 工 艺 技 术 的 迅 猛 发 展 。1.2 辊式冷弯成型的历史辊式冷弯成型,即在一排串联的成型轧机上,连续通过金属板和金属板带,顺次使其弯曲,将平板加工成所需的截面形状的塑性加工法。辊式冷弯成型曾用于自行车的轮圈、伞的骨架制造、冰箱门壳的制造等。第二次世界大战之前的欧美,在开始只在钢 黄河科技学院毕业设计说明书 第 2 页2管、预制结构、航空飞机库顶波纹板、简易飞机场的着陆底板、飞机零部件等之后,逐渐形成了工业规模的发展。由于钢铁的需求扩大,日本各钢铁公司从 1955 年开始生产轻质型钢材。轻质型钢材在1957 年作为“一般构造用轻质型钢材”被列入日本工业标准。从此以后,经过数次修改,沿用至今。辊式冷弯成型技术在大学、企业等的研究成果从 1980 年中期开始有了飞跃式进步,特别是 1990 年中期开始的计算机辅助设计、理论解析、计算机控制钢管轧机、数控冷弯成型机等的开发研究,使辊式冷弯成型技术向智能成型技术迈出了新的一步。1.3 辊式冷弯成型的产品冷弯成型的产品有很多种,主要包括 C 型钢、薄槽钢、薄 V 型钢、薄 Z 型钢、带缘 Z 型钢、帽型钢等轻质型钢,瓦垄钢板、波纹钢板等宽幅截面材,钢板桩、道路护栏等大型截面材,圆管、方矩形管等钢管。对于轻质型钢,截面各部分的形状、尺寸、尺寸公差和板厚都有规定。1.4 滚压成型用材料(1)钢 碳素钢中,常用的多为含碳量 0.2%以下的软钢,其成型是容易的。当纵长方向分布有线状夹杂物时,就容易成为弯曲裂纹的起因。特别是必须使用高级材料的场合,最好是用铝镇静钢。如果是球状珠光体组织,含碳量约在 0.6%以下,都可以作急剧过渡的直角弯曲。(2)不锈钢 13 、18 -8 、18 等不锈钢很好使用。13 不锈钢的成型性能稍rCriNrCrC差一些。成型速度在 825m/min 的情况下要防止由于发热而烧伤表面。必须使滚轮的润滑良好并保持其表面清洁。当板厚小于 2mm,弯曲半径取为板厚的 2 倍左右是安全的。(3) 和 合金 比不锈钢的成型性能稍差。成型速度要低。对板厚的要求与不锈钢iNi相同。(4) 在冷作状态下,由于加工硬化而产生裂纹,所以滚压成型时必须加热,用红gM 黄河科技学院毕业设计说明书 第 3 页3外线灯管在入口处和滚轮间加热是方便的。(5)表面被覆材料 由于镀镍、镀铬材料硬度大,容易产生裂纹。但是镀铜和黄铜的材料可以滚压成型,而镀锌和镀镉的材料是不容易成型的。由于浸镀材料成型困难,故必须加大弯曲半径。油漆类涂覆材料,必须以尽可能低的滚压力加工。使用韧性良好的硬质涂料作滚压成型的条件是:将弯曲半径加大至板厚的 45 倍。1.5 最近的研究动向按截面形状不同,将辊式冷弯成型技术分为弯曲截面成型技术和管状截面成型技术。弯曲截面成型技术又细分为辊式冷弯成型试验、辊式冷弯成型理论、计算机辅助设计。管状截面成型技术只以焊管为对象,细分为初成型,笼式成型,不锈钢钢管成型,方管异形管成型,焊管的矫正,冰箱门壳的滚压等。 黄河科技学院毕业设计说明书 第 4 页42 滚压加工成型2.1 滚压成型的优缺点滚压成型是将高硬度且光滑的滚柱与金属表面滚压接触,使其表面层发生局部微量的塑性变形后得到改善表面粗糙度的塑性加工法的一种。(1)滚压成型运行成本低。成型过程前期设计定型,所以对操作人员的数量、技能水平、劳动强度要求较低,产品生产过程稳定,成品合格率高,降低了原材料的消耗,同时不需要专人进行模具管理。(2)滚压成型生产效率高。滚压成型生产过程不间断,适宜延伸( 冲孔、焊接、切断)进行深加工,进行自动化生产。相比冲压成型,效率提高数倍,因此更适宜大规模生产。(3)成型产品品质高。滚压成型过程分3道工序,材料逐渐变形,且弯曲变形应力得到有效释放,产品性能稳定,其尺寸精确,表面粗糙度低。不像冲压成型材料弯曲变形剧烈,一次到位,应力得不到释放,后期容易产生应力腐蚀。(4)成型产品长度不受限制,且产品厚度均匀,断面上金属分布合理,单位质量的断面系数较高。加之滚压成型具有冷作硬化作用使产品的刚度强度均有提高,提高了产品的承压能力。(5)滚压成型保证安全生产。滚压成型生产过程,操作人员双手被隔绝危险区操作。劳动强度低,杜绝了安全事故,同时其运行稳定,几乎不产生70dB以上的噪声, 极大地改善了人们的劳动条件和劳动环境。(6)滚压成型投资高。由于滚压成型需要进行滚压专机设计、滚轮设计、传动装置设计、气动装置设计等,并且整套滚压成型线技术含量高,设计结构复杂,制造难度大,调试时间长,投产周期长,所以其不适宜成型外观的随意改变,即不仅适用产品研发阶段更适宜定性产品的生产。因此只有实力雄厚的公司才可以应用滚压技术。2.2 滚压成形的原理与设计要点滚压成形原理如图 2-1 所示。是由多对成形辊轮顺次对板料变形并向前送进的滚压成形。成形在工艺上与弯曲工序极为相似, 门壳滚压成形机的成形原理是将裁切好 黄河科技学院毕业设计说明书 第 5 页5的板材放入按逐渐成型工艺排列的多组成形辊轮中通过,带动板料向前送进,同时板料随着各道滚轮的形状而产生变形,顺次进行滚弯加工。如果门壳的图 2-1 滚压成型形状要发生改变,可通过更换辊轮来实现。滚 压 加 工 是 一 种 压 力 光 整 加 工 , 是 利 用 金 属 在 常 温 状 态 的 冷 塑 性 特 点 , 利 用 滚压 工 具 对 工 件 表 面 施 加 一 定 的 压 力 , 使 工 件 表 层 金 属 产 生 塑 性 流 动 , 填 入 到 原 始 残留 的 低 凹 波 谷 中 , 而 使 工 件 表 面 粗 糙 值 降 低 。 由 于 被 滚 压 的 表 层 金 属 塑 性 变 形 , 使表 层 组 织 冷 硬 化 和 晶 粒 变 细 , 形 成 致 密 的 纤 维 状 , 并 形 成 残 余 应 力 层 , 硬 度 和 强 度提 高 , 从 而 改 善 了 工 件 表 面 的 耐 磨 性 、 耐 蚀 性 和 配 合 性 。 滚 压 是 一 种 无 切 削 的 塑 性加 工 方 法 。在滚压成形过程中,为了使板材不跑偏,在门壳成形的每一时刻,都必须保证至少有两道辊轮同时作用在门壳上成形并牵引板材行走,通常称为不跑偏基本条件。为此,前后两辊轮之间的距离应小于门壳长度的一半。如果门壳尺寸过短,成形高度较高,且要满足上下辊节圆直径相等,则相邻两辊将无法布置。其设计要点主要有:a) 断面的展开长度和弯曲展开一样, 也要考虑中性层的移动;b) 在弯曲半径很小时, 要考虑到因拉伸使截面宽度的增加;c) 以轮廓外形所制定的轴线在各工步中保持一致;d) 每对辊轮对型材壁的弯曲角度有所限制,否则将产生滚压不畅 ( 卡壳) 、制品不光滑和起皱现象。弯曲数据如下:板材厚 2.5mm 弯曲角: 10 020 0。塑性好的材料取上限, 塑性差的材料取下限。连续弯曲要考虑金属的加工硬化;e) 起始变形时, 竖壁弯曲和底部弯曲不能同时进行;f) 最后一对成形辊轮形状应考虑弹性回跳数据。由于门壳零件成形高度较高,形状比较复杂,多处带圆弧的 90 折弯,且不同制品甚至同一制品两侧的圆弧半径的大小不相等,这给由水平成形辊过渡到垂直成形带来很大困难,板材内外成形面的相对滑移过大会影响门壳表面质量。特别是纵向尺寸较短的滚压成型件,外加垂直轴成型,位置排列更加困难。对此采用了现有资料中没有的倾斜辊压成形技术,上辊的轴线倾斜,使成形表面行走方向与辊相接触处的线速度一致,避免或减少辊与板材之间的相对滑移,提高了成型表面质量。2.3 制件花型展开图着手设计时, 首先考虑断面形状。以制件的弯曲过程逐渐展开, 直至回复到平直板料的连续图形, 就称之为花型展开图, 如图2-2所示。将展开过程的形状, 叠放在同一张纸上的花型展开图进行分析研究。无论对形状简单还是复杂的断面图 2-2 花型展开 图 2-3 BXG 7002 工步展开 黄河科技学院毕业设计说明书 第 7 页7都是十分有效的方法, 进而可以从整体上考虑从一个辊轮孔型移至下一个辊轮孔型的时候, 高度和宽度方向以及弯曲加工有无不合理的地方。制件形状要避免出现太深的沟槽和急剧过渡的尖角,工步展开图如图 2-3. 板料滚压成形用于等断面制件的大批量生产。由于使用多对辊轮的连续成形, 可以滚制出许多壁薄、质轻、刚度大而且断面形状复杂的制件型材( 图 2-4) 。加上顺序滚压过程中可以与冲洗、起状、卷筒、焊接等多种工艺装置连动, 形成流水作业, 故生产效率极高, 成本低廉, 是现代加工制品中广泛应用和大力推广的特种工艺加工方法, 如自行车钢圈、自来水管、塑料龙骨、波纹板和国外广为应用的不锈钢窗框的生产。2.4 滚压成型的应用我们经常看到铺设道路时,轧路机将凹凸不平的马路压得很平整。滚压工具的加工原理也是如此,用滚柱滚压金属表面,将表面凸起部分碾平,而使凹陷部分隆起,加工成平滑如镜的表面。与切削加工不同,是一种塑性加工。 被滚压加工的工件不仅表面粗糙度瞬间就可以达到 Ry=0.10.8m,而且加工面硬化后其耐磨性得到提高的同时疲劳强度也增加了 30%等具有切削加工中无法得到的优点。由于可简单地并且低成本地进行零部件的超精密加工,日益被以汽车产业为首的精密机械,化学,家电等产业广泛采用,发挥了很大的优势。近 些 年 来 , 滚 压 型 钢 产图 2-4 封闭及半封闭的型材形式 黄河科技学院毕业设计说明书 第 8 页8品 作 为 重 要 的 结 构 件 在 建 筑 、 汽 车 制 造 、 船 舶 制 造 、 电 子 工 业 及 机 械 制 造 业 等 许 多领 域 得 到 了 广 泛 的 应 用 。 其 产 品 从 普 通 的 导 轨 、 门 窗 等 结 构 件 到 一 些 为 特 殊 用 途 而制 造 的 专 用 型 材 , 类 型 极 其 广 泛 。 黄河科技学院毕业设计说明书 第 9 页93 冰箱门壳辊压机工作原理及设计方案3.1 冰箱门壳辊压机工作原理冰箱门壳辊压机主要适用各种冰箱门壳的生产,该设备占地面积小、结构灵巧、制造成本低、使用可靠、能适应我国当前国情、又能生产出高品质的门壳,维护简单、操作方便的冰箱门壳辊压机。冰箱门壳辊压机一般由四部分组成:槽钢支架部分、箱体部分、滚压部分、输出设备。3.1.1 槽钢支架部分槽钢支架主要用来支撑箱体,它主要由 10 号槽钢组成,此槽钢综合性能好,能满足设计的要求,并且价格便宜,能降低成本。另外,槽钢之间通过角铁焊接到一起,这样做不仅能提高槽钢支架的支撑刚度,还能增强槽钢的稳定性,角铁价格便宜,能降低成本。3.1.2 箱体部分箱体分为上箱体和下箱体。上箱体就是一个上面开有工字型槽的钢块,卡在下箱体的槽中,然后用两个轴承端盖卡着上箱体,以防止上箱体前后移动;钢块上放个压板,这样就可以用来支撑上辊轮。下箱体有两个,其中一个固定在槽钢支架上,另外一个不固定,这样可以通过丝杠调节辊轮前后的距离,以适应加工不同宽度的冰箱门壳。3.1.3 滚压部分辊轮的材料主要有 40Cr 组成,对于加工冰箱门壳这样的薄板材料强度已满足。另外第一道辊轮轴上安装有一对齿轮,这样更有利于薄板的咬进。所有上直辊轮在一条水平线上,所有下辊轮在同一水平线上,这样有利于辊轮的安装、维修、调节。 黄河科技学院毕业设计说明书 第 10 页103.1.4 丝杠部分由于滚珠丝杠常用于要求精度高的车床、磨床等设备上,并且造价很高,因此冰箱门壳滚压机采用普通丝杠即能满足要求。普通丝杠的螺母部分通过两个压块固定在箱体上,通过摇动固定在丝杠上的手柄即可调节前后箱体的距离,操作简单、方便,又节约成本。3.2 设计方案的确定设计要求:生产效率不小于 812m/min,生产宽度 400680mm,任意可调、误差不大于 0.2mm,成型最小长度 450mm,要求表面无压痕和划伤、无扭曲、翘曲等缺陷。根据以上要求主要从四方面入手:滚轮的布置方式、传动方式、调节方法、上下料形式。具体措施介绍如下:3.2.1 滚轮的布置方式由 BC-47 冰箱门壳的图纸知,滚轮应采用对称布置的方式,上下滚轮之间的距离应等于板材的厚度,并且可调;前后滚轮的间距应等于不成型材料的宽度,并且可调。3.2.2 传动方式动力由动力源电动机直接传递给减速器,再通过链传动传递给下滚轮,下滚轮之间通过单排链相互传递动力。而上滚轮是靠薄板与其之间的摩擦力转动,从而实现滚压。3.2.3 调节方法(1)板宽调整的实现:转动手轮带动丝杠转动,通过丝杠螺母副使螺母移动,螺母通过两个压块与箱体连接到一起,从而带动箱体前后移动,进而实现加工不同宽度的冰箱门壳。(2)上下滚轮间隙调整的实现:下箱体开有 T 形槽,槽中放有橡胶,通过调整压板上的螺栓使上箱体在 T 形槽中移动来实现滚轮间隙的调整,调整好之后,通过螺栓 黄河科技学院毕业设计说明书 第 11 页11上的螺母拧紧。3.2.4 上下料形式上料形式主要是有护板与角铁连接而成的支架,长度和宽度大致等于薄板材料的长度和宽度。角铁上连接有平板,平板的上表面要与下滚轮的上轮廓平行,另外两边的平板的一侧开有槽,槽中安有滚针轴承,这样设计既有利于薄板材料的前进又可以护着薄板不至于掉落。下料形式大致与此相同。 黄河科技学院毕业设计说明书 第 12 页124 总体设计计算及校核4.1 滚轮组数的确定查压力加工手册 ,知滚轮的组数 n 为:n=L/d=hcot /d (4-1)其中为 升角,d 为辊轮工位间距,L 为成型设备的全长。根据所要加工的产品的数据分别用三种方案进行计算4.1.1 成型直角边假设每次的升角都为 =125,取工位间距 d=180mm 由公式(4-1)可以求出 n=33 cot125 /180=7.413,共需要 7 道辊轮。分析成型效果,难易程度及其效率,及根据推理和经验,在老师的指导下,现在选 n=6.。方法一:升角 =125恒不变,求翻转角此时:求得成型相对高度(mm)第一道辊 4.45 第二道辊 8.90 第三道辊 13.35 第四道辊 17.8 第五道辊 22.25 第六道辊 26.7 直角边长度 3326.7,可知,125相对大部分是安全的,但是等升角可以取得大一些,以减少滚道数,分析现在取等升角为 145.计算结果如下:翻转角 成行的相对高度 (mm) 升角 第一道辊 10 5.50 145第二道辊 10 11.00 145第三道辊 11 16.50 145 黄河科技学院毕业设计说明书 第 13 页13第四道辊 12 21.99 145第五道辊 15 27.50 145第六道辊 33 32.99 145方法二:滚道数 n=6 不变,翻转角等分为 =15,求升角翻转角 成行的相对高度 (mm) 升角 第一道辊 15 8.54 2.72第二道辊 15 16.5 2.53第三道辊 15 23.36 2.17第四道辊 15 28.58 1.67第五道辊 15 31.88 1.05第六道辊 15 33 0.36方法三:滚道数 n=6 不变,由公式 (其中)(32)cos1(cos0Niii =90,求升角 和翻转角0翻转角 成行的相对高度 (mm) 升角 第一道辊 22 12.46 3.96第二道辊 20 22.20 3.08第三道辊 18 28.59 2.04第四道辊 15 31.87 1.05第五道辊 11 32.99 0.36第六道辊 4 33 0.0034对以上计算结果进行分析比较可知当等分翻转角时成型的结果较其他两种效果好,因此采用此方法。4.1.2 成型圆弧 假设每次的升角都为 =130,取工位间距 L=180mm,同前成型直边角度,由公式n=d cot/L 可以求出共需要 9 道辊轮。方法一:升角 =130恒不变,求翻转角翻转角 成行的相对高度 (mm) 升角 黄河科技学院毕业设计说明书 第 14 页14第一道辊 7 3.61 130第二道辊 13 7.22 130第三道辊 20 10.83 130第四道辊 27 14.44 130第五道辊 35 18.05 130第六道辊 44 21.66 130第七道辊 54 25.27 130 第八道辊 68 28.88 130方法二:滚道数 n=9 不变,翻转角等分为 =10,求升角翻转角 成行的相对高度 (mm) 升角 第一道辊 10 7.07 2.25第二道辊 10 13.93 2.18第三道辊 10 20.36 2.04第四道辊 10 26.17 1.85第五道辊 10 31.19 1.60第六道辊 10 35.26 1.30第七道辊 10 37.76 0.79 第八道辊 10 40.09 0.74第九道辊 10 40.56 0.15方法三:滚道数 n=9 不变,由公式 (其中)(32)cos1(cos0Niii =85,求升角 和翻转角0翻转角 成行的相对高度 (mm) 升角 第一道辊 14 10.10 3.21第二道辊 13 18.87 2.79第三道辊 12 26.30 2.36第四道辊 11 31.97 1.80第五道辊 10 35.99 1.27第六道辊 9 38.51 0.80 黄河科技学院毕业设计说明书 第 15 页15第七道辊 7 39.88 0.43 第八道辊 5 40.43 0.18第九道辊 2 40.56 0.042综上所述:计算过程中没有考虑刚性边的影响,如果考虑此影响,在滚压 R=15的圆弧时,角度分配如下:翻转角 升角 第七道辊 0 0第八道辊 0.5 0.11第九道辊 0.5 0.11第十道辊 1 0.23第十一道辊 1 0.23第十二道辊 4 0.9第十三道辊 4 0.9 第十四道辊 5 1.1第十五道辊 5 1.08第十六道辊 7 1.45第十七道辊 7 1.36第十八道辊 7 1.25第十九道辊 8 1.26第二十道辊 8 1.07第二十一道辊 8 0.85第二十二道辊 8 0.62第二十三道辊 6 0.31第二十四道辊 5 0.15综上所述总滚道数 n=24。 4.2 辊轮直径的确定由于第一道辊轮上安装有一对齿轮,传动比大致为 2:1,因此取上滚轮的直径为160mm,下滚轮的直径为 80mm。 黄河科技学院毕业设计说明书 第 16 页164.3 电动机和减速器的选择4.3.1 计算滚压成型力及扭矩对于 U 形滚压成形,滚压成型力计算公式如下:(4-2) )()3(021tkPy上辊轮扭矩 Tu= (4-3)3)(122 dts下辊轮扭矩 Td= (4-4))sin2(k23 kbts )(式中 摩擦系数,通常取 0.1比例系数,一般取 =0.51,本设计全取 0.8y屈服应力, y= 175MPat板厚,t=0.5mm变形后的翻转角变形前的翻转角0k1 = , (4-5) k= (4-6)kk)2cos(cos( 32p, (4-7) (4-8)kk2cos)1(cos2 kkk2cos)1(cos3)辊 压 前 辊 压 后 00图 4-1 辊压前后板料的变形 黄河科技学院毕业设计说明书 第 17 页17 图 4-2 U 型辊压成形因为板材在送进过程中是匀速前进的,则由板材在水平方向和竖直方向上的受力平衡可得:(4-9) 2311cos2sinipp用 表示 、 则有: (4-10) 1p23p12132sincocosinp因为 将 、 代入该式得23p23111sincoco2isnp2co1将 代入 、 、 中则有:1k23 黄河科技学院毕业设计说明书 第 18 页182cos12cs1cos2)(1cso)(1 k= cs2=kk2cos)1(cos21sc=kkk2cos)1(cos3) 12coss2co带入 Tu Td中得:Tu= =32)(12 dtks)12(cos32cos12dtTd= =)sin(3222bts)( )sin(2bdts)(第一道辊:=0.5, =0.5, =0.5, =0.160m, =0.080m, =15, =01231d2d0P1 = 3.96N, =0.99 , =0.561uTmN1dTN第二道辊:=0.47, =0.48, =0.5, =0.160m, =0.080m, =30, =1512312d0P2 = 3.72N, TTdu .64.0,.95.02第三道辊:=0.0.43, =0.46, =0.54, =0.160m, =0.080m, =45, =3012312d0P3 = 3.4N, mNTTdu 72.0,91.03第四道辊:=0.37, =0.43, =0.57, =0.160m, =0.080m, =60, =4512312d0 黄河科技学院毕业设计说明书 第 19 页19P4 = 2.93N, mNTTdu 84.0,85.04第五道辊:=0.31, =0.38, =0.62, =0.160m, =0.080m, =75, =6012312d0P5 = 2.45N, TTdu 9.0,754.05第六道辊:=0.22, =0.31, =0.69, =0.160m, =0.080m, =90, =7512312d0P6= 1.74N, mNTTdu 0.,615.06第七道辊:=0, =0, =0, =0.160m, =0.080m, =90, =90123120P7= 0N, TmNdu0,077第八道辊:=0.5, =0.5, =0.5, =0.160m, =0.080m, =0.5, =012312d0P8= 0.13N, mNTTdu 07.,08.8第九道辊:=0.5, =0.5, =0.5, =0.160m, =0.080m, =1, =0.5123120P9= 0.13N, TNTdu 07.,08.99第十道辊:=0.5, =0.5, =0.5, =0.160m, =0.080m, =2, =1123120P10= 0.26N, mNTTdu 034.,07.1第十一道辊:=0.5, =0.5, =0.5, =0.160m, =0.080m, =3, =2123120P11= 0.26N, TNTdu 034.,07.1第十二道辊:=0.5, =0.5, =0.5, =0.160m, =0.080m, =8, =3123120P12= 1.30N, mNTTdu 7.0,08.21第十三道辊: 黄河科技学院毕业设计说明书 第 20 页20=0.5, =0.5, =0.5, =0.160m, =0.080m, =13, =81231d2d0P13= 1.30N, mNTNTu 83.0,08.1第十四道辊:=0.5, =0.5, =0.5, =0.160m, =0.080m, =18, =131231d2d0P14= 1.30N, TTu 89.0,08.414第十五道辊:=0.5, =0.5, =0.5, =0.160m, =0.080m, =25, =181231d2d0P15= 1.82N, mNTNTu 7.0,6.0515第十六道辊:=0.46, =0.0.48, =0.52, =0.160m, =0.080m, =35, =251231d2d0P16= 2.40N, TTu 435.0,159.066第十七道辊:=0.46, =0.43, =0.54, =0.160m, =0.080m, =45, =351231d2d0P17= 2.40N, mNTNTu 47.0,14.07第十八道辊:=0.37, =0.43, =0.57, =0.160m, =0.080m, =60, =451231d2d0P18= 2.90N, TTu 793.0,.0818第十九道辊:=0.31, =0.38, =0.62, =0.160m, =0.080m, =75, =601231d2d0P19= 2.40N, mNTNTu 865.0,18.099第二十道辊:=0.28, =0.36, =0.64, =0.160m, =0.080m, =80, =751231d2d0P19= 0.37N, TTu 308.,06.2第二十一道辊:=0.43, =0.46, =0.54, =0.160m, =0.080m, =45, =01231d2d0P19= 9N, mNTNTu 0.,0.21 黄河科技学院毕业设计说明书 第 21 页21第二十二道辊:=0.43, =0.46, =0.54, =0.160m, =0.080m, =45, =01231d2d0P19= 11N, mNTNTu 0.,0.21第二十三道辊:=0.43, =0.46, =0.54, =0.160m, =0.080m, =45, =01231d2d0P19= 10.2N, TTu 0.,0.21第二十四道辊:=0.43, =0.46, =0.54, =0.160m, =0.080m, =85, =801231d2d0P19= 10N, mNTNTu 0.,0.21一侧下滚轮总的扭矩:T= + + =10.51d 21d由于电动机放在机架中间,动力向两边传递,因此每个滚轮上的扭矩应该向中间滚轮上折合,假设向第十一道滚轮上折合,取传动效率为: 8.0一侧下滚轮折合后的总扭矩为:T= + + + + =2710dT92 1dT 920d1TmN4.3.2 电机的选择由任务书知,整机运行速度不小于 12m/min,可取 v=12 m/min,即 v=0.5m/s 由 n = 得:n=0.5/ (3.14X0.80 )即 n=50r/min,w=5.3rad/s。dv计算功率为: WTP3.14.52721 在上述计算扭矩的过程中并没有考虑滚压形成力及各种摩擦的影响,但在计算总功率时要考虑此影响,因此所需功率应大些,计算出的功率应扩大十倍,所需功率为: 120862pW根据上述,故选取电机型号为 B53 的普通电机,额定功率=3kW,额定转速为1430r/min,额定转矩为 20.2Nm 黄河科技学院毕业设计说明书 第 22 页224.3.3 减速器的选择根据工作条件:工作均匀,假设每日连续运转 24h,减速器输入转速 1000r/min,输出轴链轮带动,工作转矩 T 总 =58N.m,传动比 i=1000/50=20,取传动比为 23,查机械设计使用手册可得:选用机型为 8130 的摆线针轮减速器,输出转速为。10n5r/m24.4 传动链的设计4.4.1 辊轮轴之间的链传动的设计由于电动机的功率为 3000W,因此 1/4 辊轮的总功率为 750W,并且转速为n=50r/min,查机械设计手册图 13-2-1 知,选用 10A 型号的单排链,节距p=15.875mm,最大辊子直径为 =10.16mm,最小内节内宽 =9.4mm,最大销轴直径1d1b=5.09mm,最大内链接高度 =15.09mm,排距 =18.11mm。且是双链轮单2d2htp(1)选择链轮齿数 Z1 Z2由减速器输出转速为 50/min,即整机运行速度为 0.5m/s,有机械设计使用手册选取齿数 Z1=Z2=25,传动比 i=1(2)计算功率 caP(4-11)Kz查表 9-9,工况系数 =1, =1,A所以, =0.24kwca(3) 确定链条链节数 pL初定中心距 =15p 则链节数为0=47.7 节, (4-12)12120()PazzPLa计算得到的值,应圆整为偶数,以避免使用过度链节,否则其极限拉伸载荷须降低 20%,故取 =48 节。p(4) 确定链条节距 黄河科技学院毕业设计说明书 第 23 页23由机械设计图 9-13 按小链轮转速估计,链工作在曲线顶点左侧时,可能出现链板疲劳破环。有机械设计课本表 9-10 查的小链轮齿数系数为: ,1.08()23zK0.26()7981pLK选取单排链,由表 9-11 查的,多排链系数 1p链条所需传递的功率计算公式如下:(4-13)pLzcaKP0带入数据后,算得 =0.75kW。0P根据小链轮转速 及功率 =0.75kW,由图 13-2-1 选链号为 10A 单排链。15minr0再由表 9-1 查得链节距 =15.875mmp(5) 确定链长 L 及中心距 a(4-14)4825.110PL由 知,2z()8.PaZm(4-15) (.40.31.67)c则实际中心距 (4-16)(92取 182am(6) 验算链速v= =0.333m/s (4-17)1501.87606Znp(7)验算小链轮轴孔直径 kd由机械设计表 9-4 查的链轮毂孔许用最大直径 ,大于轴径,故合max84kd适。(8) 作用在轴上的压轴力 FF= (4-18)ePk(4-19)0.751042.3epNv 黄河科技学院毕业设计说明书 第 24 页24在设计中因为链条是水平传动的,所以有 ,即15.FPKF=1.15427.2=500N(9) 链轮的参数选取根据链号 10A,查机械设计手册知:节距 p=15.875mm,最大辊子直径为=10.16mm,最小内节内宽 =9.4mm,最大销轴直径 =5.09mm,最大内链接高度1d1b2d=15.09mm,排距 =18.11mm。2htp根据上知,计算链轮外型数据如下:分度圆直径: (4-20)15.8726.0sinsipdmz分 度 圆 直 径齿顶圆直径:=126.7+1.2515.875-10.16=136.4mm (4-21)1max25.dpd139.7mm (4-22)in6()z取 =136mmad分度圆弧齿高:(4-23) max 10.8(.625).59.83hpdmz(4-24)in1.(2.4).21我们取 6mm齿根圆直径:=126.710.16=116.54mm (4-25) 1df齿侧凸缘(或排间槽)直径:(4-26)80cot.42.130762gpmz4.4.2 减速器与主轴之间的链传动(1)选择链轮齿数 Z1 Z2由减速器输出转速为 50r/min,即整机运行速度为 0.5m/s,有机械设计使用手册 黄河科技学院毕业设计说明书 第 25 页25选取齿数 Z1=Z2=25,传动比 i=1(2)计算功率 caP(4-27)Kz查表 9-9,工况系数 =1, =1.1,A3Pkw所以, =11.13=3.3 kwca(3) 确定链条链节数 pL初定中心距 =30p 则链节数为0=23025=85 节,12120()PazzPLa计算得到的值,应圆整为偶数,以避免使用过度链节,否则其极限拉伸载荷须降低 20%,故取 =86 节。p(4) 确定链条节距由机械设计图 9-13 按小链轮转速估计,链工作在曲线顶点左侧时,可能出现链板疲劳破环。有机械设计课本表 9-10 查的小链轮齿数系数为: ,1.08()9zK0.26()157pLK选取单排链,由表 9-11 查的,多排链系数 2.5链条所需传递的功率计算公式如下: pLzcaKP0带入数据后,算得 =2.78kW。0P根据小链轮转速 及功率 =2.78 kW,查机械设计手册由图 13-2-15minr01 选链号为 16A 单排链。但是为了便于购买、调节和安装,仍然应选用 10A 型号的链条,但为了能达到 16A 型号的功率,必须采用多排链,选用三排链。(5)确定链长 L 及中心距 a8615.7.30Pm 黄河科技学院毕业设计说明书 第 26 页26由 知,12z15.87()(625)487.PaLZm(0.4.3cm取 9m(6)验算链速v= =0.36m/s15021.87566Znp(7)验算小链轮轴孔直径 kd由机械设计表 9-4 查的连轮毂孔许用最大直径 ,大于轴径,故合max84kd适。(8) 作用在轴上的压轴力 FF= ePk3.10916.70epNv在设计中因为链条是水平传动的,所以有 ,即5.FPKF=1.059166.7=9625N(9) 链轮的参数选取根据链号 10A,查机械设计课本表 9-1 得:选用 10A 型号的多排链,节距 p=15.875mm,最大辊子直径为 =10.16mm,最小内节内1d宽 =9.4mm,最大销轴直径 =5.09mm,最大内链接高度 =15.09mm,排距1b2d2h=18.11mm。tp根据上知,计算链轮外型数据如下:分度圆直径: 15.8726.0sinsipdmz分 度 圆 直 径齿顶圆直径:=126.7+1.2515.875-10.16=136.4mm1max25.dpd139.7mmin6()z取 =136mmad 黄河科技学院毕业设计说明书 第 27 页27分度圆弧齿高:max 10.8(.625).59.83hpdmzin1(24).21我们取 6mm齿根圆直径:=126.710.16=116.54mm1df齿侧凸缘(或排间槽)直径:80cot.42.130762gpmz多排链齿宽 =0.93b1=8.74mm1fb链轮齿总宽 =2 + =45mm。3ft1f4.5 齿轮的设计校核4.5.1 齿轮的几何计算(1)齿顶高系数: =1ah(2)顶隙系数: =0.25c(3)模数:m=2.5 m(4)齿数: 123,64z(5)齿数比:u=2(6)齿宽:参考机械设计手册,表 14-1-79 选取推荐的齿宽系数 =1d则齿宽 b= =80 ,d1bm852(7)中心距: 10azm(8)全齿高:h=2.25m=5.625(9)齿顶高: =m=2.5ah(10)齿距: 9.7mp 黄河科技学院毕业设计说明书 第 28 页28(11)分度圆直径: 1280,160dm(12)齿顶圆直径: .5.5aadm(13)齿根高直径: 127,87f f4.5.2 第一道辊轮轴上齿轮的校核(1) 按齿面接触强度设计由机械设计设计公式 10-9a 进行计算,既d u (4-HEdZuTK132.28) 确定公式内的计算数据1) 试选载荷系数 K t =1.32) 计算齿轮传递的转矩T1 = (4-29)150.9nP51.05.9mN5028.3) 由表 10-7 选取齿宽系数 d4) 由表 10-6 查得材料的弹性影响系数 ZE =189.9Mpa1/2 5) 由图 10-21d 按按齿面硬度查得齿轮的接触疲劳强度极限MPaH50min6) 由式 10-13 计算应力循环系数N= (4-30)81 104.30216hjL7) 由图 10-19 查得接触疲劳寿命系数 .HNK8) 计算接触疲劳许用应力取失效概率为 1%,安全系数 S=1,由式 10-12 得MPaSKHN501lim 计算1) 试计算齿轮分度圆直径,代入 值 黄河科技学院毕业设计说明书 第 29 页292 mZuTKdEdtt 7.6058.192105.32.132. 241 )计算圆周速度 smnt /2.01657012) 计算齿宽b= dt 7.2.13) 算齿宽和齿高之比 b/h模数 mzmtt 09.3/.6/1齿高 h=2.25 t 5425b/h=60.27/4.5=13.3334)算载荷系数根据 ,7 级精度,由图 10-8 查得 ,直齿轮,假设sm/2.0 0.1KV。由表 10-3 查得NbFKtA1/ 2FH由表 10-2 查得使用系数 25.1AK由表 10-4 查得 7 级精度,齿轮相对支承非对称布置时,418. 89.451023.6.02. 3bdH由 b/h=13.333, ,查图 10-13 得 =1.448.1HKFK故载荷系数 13.248.10.25VA5)按实际的载荷系数校正所得分度圆直径,由式 10-10a 得(4-31)mKdTt .73.127.60331 6)计算模数zm././1(2)按齿根弯曲强度校核 黄河科技学院毕业设计说明书 第 30 页30由式 10-5 得弯曲强度的设计公式为(4-32)FSdYzKTm21A)确定公式内的各计算数值1)由机械设计课本图 10-20c 查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限,大齿轮的弯曲疲劳强度极限 =380MpaaFEMP50 2FE2)由机械设计图 10-18 查得弯曲疲劳寿命系数 =0.9, ;1NK8.02FN3)计算弯曲疲劳许用应力取弯曲疲劳安
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