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本科畢業(yè)論文(設計)開題報告
論 文 題 目：全自動薄壁不銹鋼管冷彎機設計（二） 學 院：
專 業(yè) 、班 級：
學 生 姓 名：
指導教師（職稱）：
一、 選題依據1、研究領域
機械設計制造
2、論文（設計）工作的理論意義和應用價值
全自動薄壁不銹鋼管冷彎機是將薄壁不銹鋼管冷彎成型達到目的加工彎度的加 工設備。解決了管道安裝過程需要彎頭進行連接的問題，大量節(jié)省了彎頭加工、運輸等環(huán)節(jié)的資源消耗，為管道鋪設節(jié)約成本。上世紀 60 年代左右起就已經實現(xiàn)小直徑管的人工手動彎曲，發(fā)展至今已多半自動化。尤其用于石油管道鋪設現(xiàn)場的大直徑冷彎管機在近代得到了飛速發(fā)展。但生產加工時仍需要工人進行完成上下料、穿芯等操作。然而人工穿芯具有相當的不確定性，容易導致彎處產生褶皺等缺陷更有甚者直接報廢，因此生產效率底下，浪費大量人力物力，漸漸不能滿足需求量突增的市場需要。于是在對此前冷彎機的工作情況進行分析的基礎上，采用科學的方法、加入自動控制系統(tǒng)、減少操作環(huán)節(jié)形成了新一代全自動薄壁不銹鋼管冷彎機。下面是全自動冷彎管機的一些主要應用場合。
（1） 大批量彎管生產：
在裝飾，供水等行業(yè)不銹鋼薄壁管的需求量很大，全自動彎管機能滿足高效率的生產作業(yè)需要。
（2） 生產不同彎度彎管：
全自動彎管機的自動控制系統(tǒng)具有準確控制彎曲角度的能力，在允許角度內能方便快捷的生產不同需要的角度且精確度高。
（3） 特定場合彎管：
某些彎管由于其應用場合的特殊性需要到現(xiàn)場才能知道實際彎管的角度，管材直徑的大小等數據，冷彎機能實現(xiàn)既彎既用。
3、目前研究的概況和發(fā)展趨勢
小口徑管彎管方面自 60 年代起便多有各類機械進行彎管作業(yè)，在船舶、汽車、電力、供水等多方面都有應用。
發(fā)展至今彎管方式逐漸多元化，按加工形式的不同主要可分為推彎、拉彎、壓彎、輥彎、繞彎，隨著技術的進步一些新的彎管技術也隨之出現(xiàn)。例如：熱應力成形、中頻感應成形、激光成形、零半徑成形、無模彎管等;根據加工過程中對管件是否加熱分為冷彎和熱彎;根據加工事內部是否填料可分為有芯和無芯彎管。
彎管所采用的動力也由早期的人力彎管轉變?yōu)槠渌煽縿恿?，例如液壓彎管、氣動彎管、電力驅動彎管等。解決了人力不能保證精確度的問題同時也將工人從臟亂的加工環(huán)境解放出來。
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而未來，彎管機將以全自動的形式出現(xiàn)，在計算機不斷深入各行各業(yè)今天，我們的生產方式也隨著不斷變化，安全可靠的數控系統(tǒng)將代替工人完成相關作業(yè)，在節(jié)約成本、保護環(huán)境、提高生產效率方面發(fā)力。整個彎管機系統(tǒng)將在自動化、智能化方面長足進步。
二、論文（設計）研究的內容 1、重點解決的問題
（1） 冷彎機回轉裝置；
（2） 冷彎機的自動控制系統(tǒng)；
（3） 冷彎機機座設計；
（4） 冷彎機下料裝置。
2、擬開展研究的幾個主要方面（論文寫作大綱或設計思路）
查閱資料，了解薄壁不銹鋼彎管的應用場合，需要彎曲的形式、彎曲的方法以及國內外全自動不銹鋼管冷彎機的研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢。從以前冷彎機的不足之處入手，采取相應措施進行優(yōu)化。對重要部件進行分析、校核保證冷彎機質量。為冷彎機加上自動控制系統(tǒng)實現(xiàn)冷彎機的全自動化。大綱如下：
1. 緒論
1.1 課題的背景
1.2 課題的研究內容
1.3 目前的研究概況和發(fā)展趨勢
2. 總體方案設計
2.1 已有冷彎機設計方案研究
2.2 總 體 方 案 3．控制系統(tǒng)設計
3.1 不同控制系統(tǒng)方案對比
3.2 選定方案
3.3 自動控制系統(tǒng)設計
3.4 程序框圖
4. 其余機械結構設計
4.1 回轉裝置
4.2 下料裝置
4.3 機座設計
4.4 主要零件受力分析及校核
5. 總結
3、本論文（設計）預期取得的成果
（1） 全自動薄壁不銹鋼管冷彎機總體方案 A0 圖紙 2 張；
（2） 設計結果的二、三維零件圖紙 5-7 張。
三、論文（設計）工作安排
1、擬采用的主要研究方法（技術路線或設計參數）； 設計參數如下：
（1）彎管長度：300-500mm；
（2）彎管重量：0.5-2.0kg；
（3）彎管角度：90°—180°；
（4）彎管時間：≤10s；
（5）薄壁管壁厚：0.6-1.0mm；
（6）薄壁管直徑：φ60-φ100mm;
2、論文（設計）進度計劃
第一周：根據題目查找材料；
第二周：閱讀，整理相關文獻并進行系統(tǒng)分類； 第三周：根據整理后的資料寫開題報告初稿； 第四周：開題報告答辯并對開題報告進行修改； 第五周：收集冷彎機總體方案的相關資料；
第六周：對方案進行拆解，分類研究； 第七周：完成總體方案設計；
第八周：回轉裝置設計； 第九周：下料裝置設計； 第十周：機座設計；
第十一周：收集控制系統(tǒng)資料； 第十二周：自動控制系統(tǒng)設計；
第十三周：主要零件受力分析及校核； 第十四周：畫設計的相關二、三維圖紙； 第十五周：撰寫設計說明書；
第十六周：完善各項內容，準備答辯。
四、需要閱讀的參考文獻
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[3] 吳云文.AZ30 鎂合金棺材玩去成形及變形機理研究[D].上海：碩士學位論文， 2010：9-11.
[4] 紀永飛.新型管材無模成形方法的研究與實現(xiàn)[D].吉林：碩士學位論文，2007： 1-3.
[5] 任勝樂.管材彎曲成形理論與技術研究進展[J].哈爾濱理工大學學報，2011，16
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[11] 梁磊，周國定.不銹鋼管在我國凝汽器上的應用前景[J].中國電力， 1998，31
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附：文獻綜述
文獻綜述
彎管機是加工彎管的重要加工設備，隨著彎管應用場合的多樣化和普遍化，彎管機的巨大作用也越來越明顯。全自動薄壁彎管機一般由回轉裝置、上下料裝置、穿芯裝置、機座等四大部分組成。
1 回轉裝置類型（彎管方式）
彎管工藝很多，按加工形式的不同主要可分為推彎、拉彎、壓彎、輥彎、繞彎[1-4]， 隨著技術的進步一些新的彎管技術也隨之出現(xiàn)。例如：熱應力成形、中頻感應成形、激光成形、零半徑成形等;根據加工過程中對管件是否加熱分為冷彎和熱彎;根據加工事內部是否填料可分為有芯和無芯彎管[5]。
1.1 繞彎
繞彎目前大量應用于管道彎曲行業(yè)。繞彎是在壓塊的作用下，將芯棒放入被彎管中，使管材隨彎曲模胎旋轉從而彎管成型的彎管工藝。在實際加工過程中一般分為手動和機動兩類：手動彎管只能加工簡單的小管，耗費人力；機動彎管一般進行冷彎， 有加芯彎管和不加芯彎管之分。與人管彎管相比極大的提高了生產效率所以一般用于產品的批量生產中。
1.2 推彎
推彎多用于彎制彎頭。按工藝特點分為芯棒式熱推彎和模型式冷推彎兩種[6]。熱推彎需要對管材進行加熱，在此基礎上還需要具有一定推力的機械推動管材，兩相配合之下使管材前段彎曲：模型式冷推彎則需要事先設計好模型，再同樣用其它提供推力的機械施與壓力以達到使管材彎曲成模型形狀的目的。
1.3 壓彎
壓彎是利用凹、凸模的共同作用，使管材隨凸模運動而彎曲直到與凹模接觸形成彎管成品的彎管方式。是一種取之于日常生活的彎管方式，可以加工簡單的彎管，精確度較低。
1.4 輥彎
利用三個工作表面與管材橫斷面形狀吻合的驅動輥輪對管材滾動擠壓，從而使管材彎曲成形的方法[7].可以通過調整滾輪間距調整加工曲率。
1.5 拉彎
利用圓模旋轉帶動管材使管材彎曲的加工方法。加工時需要在芯棒、夾緊模、壓緊模、防皺模的配合下使用。
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2 上下料裝置
一直以來給機器上下料大都依靠人工完成，直到機械手的出現(xiàn)才開始大規(guī)模取代人工上下料。相對于人工上下料而言，采用機械手上下料的優(yōu)點如下：
（1） 快速、靈活、通用性強、重復定位精度高，可以長時間連續(xù)作業(yè)；
（2） 減輕勞動強度、降低成本、保證質量進而提高勞動生產力；
（3） 可以勝任人不能適應的惡劣環(huán)境下的工作。
（4） 因此我們也利用機械手實現(xiàn)彎管機的自動上下料。
機械手主要由執(zhí)行機構、驅動機構和控制系統(tǒng)三大部分組成[8]。執(zhí)行機構的結構主要由工作環(huán)境決定，根據工件的外形特征選用合適的夾持方案，具有專一性。驅動機構主要做傳動工作，將控制系統(tǒng)與執(zhí)行機構連接起來。通過自身的各種移動、旋轉進行組合完成設定的預定軌跡。運動機構的升降、伸縮、旋轉等獨立運動方式稱為機械手的自由度，自由度是機械手設計的管件參數，自由度越多機械手的靈活性越大， 通用性越廣，結構越復雜[9]。在實際情況中不通機械手需要完成的工作不盡相同，相應的驅動方式也不一樣，主要分為三種：液壓式、電動式、機械式。控制系統(tǒng)是一個閉環(huán)系統(tǒng)，是機械手最核心的部分，一般都是通過 PLC 編程實現(xiàn)控制。
3 穿 芯
穿芯部分有兩個重點，其一是芯棒的組成及結構，其二是穿芯裝置的結構。常見的芯棒結構有圓頭式、勺式、軸銷式、軟軸式四種[10]，隨著技術發(fā)展也出現(xiàn)了對稱球式芯棒等更加有利的芯棒結構，更有甚者無芯彎管技術也已經出現(xiàn)。當然優(yōu)缺各異， 選用不同方案時要根據實際情況綜合考慮。而穿芯結構則更為寬泛，類似與曲柄搖桿機構等一類簡單機構就可以勝任。
4 彎管機應用場合
4.1 燃氣、消防工程
由于燃氣、消防工程的高要求，普通鋼管即使使用防腐蝕處理也需要頻繁更換管件以保證工程的質量可靠，使資源大量浪費。而使用不銹鋼管則有如下優(yōu)勢：
（1） 壽命長：不銹鋼管其理論壽命正常情況下可達百年之久；
（2） 受壓性強：在一定限度的超標準受壓下仍能正常工作；
（3） 安裝簡便：配管輕量化、施工便利、對技術人員要求低、清潔施工；
（4） 壽命周期成本低：時間長，維護費用低；
（5） 美觀：管道光潔明亮，符合現(xiàn)代人追求高品位生活的需要。
基于這些優(yōu)點，不銹鋼管大量被使用，使用大量彎管的同時就需要高效率彎管機進行彎管作業(yè)。
4.2 凝汽管
凝氣器管材選擇對凝氣器及整個電廠的安全運行有著極重要的意義，對投資和運行維修費用的影響也不容忽視。銅合金管易結垢腐蝕甚至爆管。導致重大事故于經濟損失。而不銹鋼管代替銅合金管的“無銅系統(tǒng)”就不存在這個問題[11]。還有以下優(yōu)勢：
（1） 良好的機械性能；
（2） 良好的耐蝕性能；
（3） 高的經濟性能；
（4） 不錯的熱傳性能。
凝汽管的機構要求比較高，所以需要自動化的彎管設備以保證彎管精度，從而保證工程質量。
4.3 不銹鋼管混凝土
不銹鋼管混凝土是指在不銹鋼管內填充混凝土的組合材料，不銹鋼管混凝土具有混凝土良好的力學性能和不銹鋼優(yōu)越的耐久性能，并且造型美觀、易于施工、綠色環(huán)保。因此逐漸被一些重要的實際工程所采用[12]。作為一種建筑結構，鋼管的形狀便是混凝土澆筑的模板，需求便呈現(xiàn)多樣化，彎曲則是不可避免的。因為冷彎管還可以作用在建筑行業(yè)，并根據現(xiàn)場實際情況進行彎管，提高施工效率。
綜上所述，不銹鋼管冷彎機的應用場合廣，市場需求突出。但是目前市場上還沒有全自動的不銹鋼管冷彎機來滿足大量需要的不銹鋼冷彎管生產，這是生產與需求的矛盾。為了解決這個問題我們需要注意以下問題：
（1） 提高對冷彎管機的重視程度，投入資源進行研究開發(fā)；
（2） 提高冷彎機的制造工藝技術和裝備水平；
（3） 加強推廣力度，淘汰舊產品，為新產品占據市場打好基礎；
（4） 做好售后服務，讓需要產品的人沒有后顧之憂；
（5） 以綠色環(huán)保為中心，做好產品的節(jié)能減排。
在此基礎上才能發(fā)展出高質量的適應需求的全自動不銹鋼管冷彎機。
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