毕业设计10吨超长冷拔机结构设计开题报告.docx

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毕业设计10吨超长冷拔机结构设计开题报告

附录1

燕山大学

本科毕业设计（论文）开题报告

课题名称：

10吨超长冷拔机结构设计

学院（系）：

机械工程学院

年级专业：

09级机械装备

学生姓名：

指导教师：

完成日期：

2013.03.25

目录

一、课题背景.............................2

二、研究意义.............................2

三、研究现状..............................2

四、研究中可能存在的问题及解决方案........8

五、方案初步论证设计......................12

六、工作进度安排...........................13

七、参考文献...............................14

一、课题背景

随着20世纪90年代，我国开始研究、应用冷拔钢管技术以来，冷拔管技术已广泛引用于单体液压缸筒及工程机械油缸的制造，冷拔机作为冷拔钢管的主要加工设备，它是用于常温下拔制黑色及有色金属棒料材和对热轧、挤压之后的管进行二次加工，是生产小口径、精密、薄壁、高机械性能管材的主要加工设备。

二、研究意义

在我国国民经济中，无缝钢管占有十分重要的地方。

在无缝钢管生产中，由于冷拔生产具有万能性，工具便宜，设备构造简单，容易操作维护和生产率高等优点，因此冷拔生产得到了广泛的应用与发展。

拉拔与其它金属塑性加工方法相比具有以下的优点：

（1）生产灵活性大，可拉拔各种圆形和异形断面的管捧型线丝材；

（2）常温下拉拔过程中金属产生很大的加工硬化，因而制品机械性能高、表面光洁、尺寸精确；（3）拉拔工艺、工具、设备较简单，维护方便，操作容易，投资少，上马快。

三、研究现状

3.1国内研究状况

目前国内企业生产的高精度冷拔钢管，普遍采用按GB8162-1999标准生产的热轧无缝钢管为冷拔管坯，钢种只有优质碳素钢中的几个牌号，品种较少。

经过冷拔后延伸率偏低，强度和硬度偏大。

使用这类钢管珩磨工，磨削速度慢，锯切后端部尺寸易变性。

而高精度冷拔铝合金管相对于钢管来说，强度和硬度低，能使用的铝合金牌号更少。

这对于广阔的市场需求还有很大的差距。

与国外先进企业相比，我国企业在配套设备方面还存在着一些不足。

例如没有管坯内孔表面缺陷清理设备，冷拔管的内表面质量无法保证，特别是不经珩磨直接使用的缸筒，其表面的极小缺陷被表面处理膜所覆盖，油缸筒、气缸筒使用一段时间后便暴露出来，损坏密封圈造成缸筒渗漏。

另外，矫直机、珩磨机的精度较低，自动化程度不高，速度太慢，无法满足大规模的生产需要。

同时我们企业大多数缺乏高质量的退货设备，因此，多数高精度冷拔管均以冷拔状态交货，无法满足用户对交货状态的特殊要求。

图1冷拔机

3.2国外研究现状

拉拔具有悠久的历史，在公元前20～30世纪，就出现了把金块锤锻后，通过小孔，用手工拉制成细金丝，在同一时期发现了类似拉线模的东西。

公元前15～17世纪，在亚述、巴比伦、腓尼基等进行了各种贵金属的拉线，并把这些金属线用于装饰品。

公元8～9世纪，能制各种金属线。

公元12世纪，有锻线工与拉线工之分，前者是通过锤锻，后者是通过拉拔制线材，人们认为就是从这个时候起确立了拉拔加工。

公元13世纪中叶，德国首先制造了水力拉线机，并在世界上逐渐推广，直到17世纪才接近于现在的单卷筒拉拔机。

1871年出现了连续拉线机。

20世纪20年代由韦森西贝尔发现反张力拉拔法，由于反张力的作用，使拉模的磨损大幅度减少，同时改善了制品的力学性能。

在此时期拉拔模由铁模发展到合金钢模，到1925年克鲁伯公司研制成功硬质合金模。

随着拉拔技术的不断进步，萨克斯和西贝尔两人以不同的观点，第一次确立了拉拔理论，此后拉拔理论得到不断发展，尤其是新的研究方法（上界法、有限元法等）的开拓，计算机的发展，也使拉拔理论的研究推向一个新的阶段。

1955年柯利斯托佛松研究成功强制润滑拉拔法，可大幅度减小摩擦力和拉拔难加工材料，同时使拉模寿命明显延长。

同年布莱哈和拉格勒克尔发展了超声波拉拔法，使拉拔力显著减小。

辊模拉拔法是1956年由五弓等研究成功的，可使材料表面的摩擦阻力大大减小，拉拔道次加工率增加，能明显改善拉拔材料的力学性能。

近几十年来，在研究许多新的拉拔方法的同时，开展了高速拉拔的研究，成功地制造了多模高速连续拉拔机、多线链式拉拔机和圆盘拉拔机。

高速拉拔的研究，成功地制造了多模高速连续拉拔机、多线链式拉拔机和圆盘拉拔机。

高速拉线机的拉拔速度达到80m/s；圆盘拉拔机可生产φ40～50mm以下的管材，最大圆盘直径为φ3m，拉拔速度可达25m/s，最大管长为6000m以上；多线链式拉拔机一般可自动供料、自动穿模、自动套芯杆、自动咬料和挂钩、管材自动下落以及自动调整中心。

另外还有管棒材成品连续拉拔矫直机列，在该机列上实现了拉拔、矫直、抛光、切断、退火以及探伤等。

四、研究中可能存在的问题及解决方案

1、可能存在的问题

4.1目前国内企业生产的高精度冷拔钢管，普遍采用按GB8162.1999标准生产的热轧无缝钢管为冷拔管坯，钢种只有优质碳素钢中的几个牌号，品种较少。

经过冷拔后延伸率偏低，强度和硬度偏大。

使用这类钢管珩磨，磨削速度慢，锯切后端部尺寸易变性。

而高精度冷拔铝合金管相对于钢管来说，强度和硬度低，能使用的铝合金牌号更少。

这对于广阔的市场需求还有很大的差距。

4.2与国外先进企业相比，我国企业在配套设备方面还存在着一些不足。

例如没有管坯内孔表面缺陷清理设备，冷拔管的内表面质量无法保证，特别是不经珩磨直接使用的缸筒，其表面的极小缺陷被表面处理膜所覆盖，油缸筒、气缸筒使用一段时间后便暴露出来，损坏密封圈造成缸筒渗漏。

另外，矫直机、珩磨机的精度较低，自动化程度不高，速度太慢，无法满足大规模

的生产需要。

同时我们企业大多数缺乏高质量的退货设备，因此，多数高精度冷拔管均以冷拔状态交货，无法满足用户对交货状态的特殊要求。

4.3冷拔钢管是冷拔机在拉拔力的作用下通过一定形状、尺寸的模具，使经过预处理后的热轧钢管发生加工硬化产生塑性变形而形成的。

在整个冷拔机拔制过程中，由于多种因素的影响，会出现各种各样的缺陷。

为了提高冷拔钢管的质量，降低废品率，必须防止这些缺陷的产生。

为此应在易产生缺陷的生产环节上加以控制。

2、解决方案

主要是合理的选择毛坯料，注意有以下一些着重点：

①毛坯的表面质量，即锈蚀情况、氧化程度、表面是否凸凹不平等都会影响冷拔后的质量，可造成麻点、麻面、凸凹、划沟等现象；②毛坯的内在质量，如有夹渣、裂纹等，拔制后可造成裂缝、拔断皱褶等；③毛料的形位公差如壁厚偏差、直线度、同轴度、圆柱度等过差都会影响冷拔后钢管的质量；④加工余量的选择，加工余量不宜太大，否则需经多道次的拉拔仍无法实现最终尺寸，却使管材发生加工硬化、应力增大、塑性降低，从而降低了材料的机械性能。

为了进一步提高冷拔机的生产能力，其基本途径是提高冷拔速度,加大小车的工作行程，减少冷拔过程的辅助时间。

但是，只能在一定范围内来提高周期式冷拔机的速度和加大小车的行程，超过此范围，对进一步提高其生产能力并不经济。

因此，只有通过减少冷拔过程的辅助时间来提高生产能力，这就导致了半连续式冷拔机的发展。

3、冷拔钢管生产工艺的发展

目前国内外汽车行业使用的气缸用管已经开始大量采用高精度冷拔铝合金管。

随着铝合金管在硬度、强度方面的发展，高精度冷拔铝合金管将在更多领域内取代钢管。

高精度冷拔管和铝合金管的生产企业，可审时度势进一步加大技术开发力度，开发适合生产高精度冷拔管的钢种和铝合金牌号，扩大成品交货状态，提供质量优异的产品，我国高精度冷拔管生产企业要在激烈的市场竞争中不断发展壮大。

应不断的向国外先进企业学习，走集约化大规模生产力之路，努力提高产品质量和降低成本。

众所周知，冷拔钢管与热轧钢管比较，表面质量好，几何尺寸精度高，性能稳定，可生产用热轧方法无法生产的小直径薄壁钢管。

因此冷拔工艺成了钢管生产的主要方法之一。

但是，由于冷拔生产过程道次变形量小，工序多，生产周期长，不能连续生产，因此，与其他钢管生产方法相比，冷拨钢管生产方法的产量低，成本高。

为了改进冷拔生产方法之不足，近年来，国外对传统的冷拔钢管生产工艺做了大量改进，其中主要有以下几个方面：

（1）超声波振动拔管工艺的研究与开发

超声波振动拔管是六十年代发展起来的一项新的工艺，它是通过施加在拔模或芯棒上的超声波使变形区中的金属产生摩擦矢量效应和旋锻效应，从而达到降低拔制应力，增大变形，缩短生产周期，改善质量之目的。

超声波振动拔管装置由超声波发生器、换能器和变幅杆等组成。

超声波发生器是供给换能器高频电能的设备，用以激励超声波振动系统，产生所需要的工作频率和电功率。

换能器是把电能转换为超声波动能的装置，换能器有磁致伸缩换能器和压电换能器两种。

变幅杆是起振幅放大作用的，它有许多形式，如阶梯形、锥形、指数形、悬链形和组合形等。

按施加超声波振动能量的方式可分为芯棒施加轴向超声波振动的拔制方式；拔模施加超声波振动的拔制方式；芯棒和拔模同时施加超声波振动的拔制方式；用具有波长整数倍的游动芯棒的拔制方式。

施加超声波与不施加超声波振动拔管方式比较可收到如下效果：

1、减少拔后管内的残余应力

2、降低拔制力

3、增大道次变形量，缩短生产周期，提高生产能力

4、提高钢管表面质量，改善钢管机械性能。

（2）钢管的温拔和热拔

目前钢管的温拔或热拔巳成为一种成熟的工艺应用于钢管的冷加工之中。

由于一些钢或合金具有冷脆性，冷加工性能差，加工过程易出现纵向裂纹或开裂现象。

有些钢或合金虽然在室温下具有足够的塑性，但冷变形时产生很大的加工硬化，为改善这些金属或合金的冷加工性能，最好采用温拔或热拔的变形方法。

所谓温拔或热拔就是利用金属或合金在一定的温度下，加工硬化倾向减少，强度下降，塑性提高的特性进行拔制的一方法。

温拔或热拔时可以选择最合适的变形参数，金属塑性可得到充分利用，因而可实现减少拔制道次，缩短生产周期，达到增加产量，降低成本和扩大品种之目的。

温拔主要用在铁素体和奥氏体不锈钢的生产中，根据不同钢种的硬化曲线或冲击韧性与温度的关系曲线确定温拔的变形温度，通常都在250~40℃之间。

热拔主要用于碳素钢，钢管的热拔温度取决于钢的牌号，通常为750~800℃，咬入拔模时的温度为650~700℃。

五、方案初步论证设计

5.1设计技术参数

拔制力;10吨

拔制方式：

空拔

拔制后钢管最长：

63米

冷拔润滑方式：

压力油润滑

冷拔速度;12米/分；小车回程速度：

60米/分

管材规格：

32x3-

25x3-

19x3

材料:

屈服强度205MPa、抗拉强度415MPa

5.2方案比较

通过以上对比本设计选用液压钢丝绳组合式拉拔机。

设计路线

（1）进行简单的应力分析；

（2）由于选择无芯棒空拉薄壁管，根据相关公式计算得出拉拔力（同时明白残余应力的产生以及消除方法）；

（3）设计拉模——包括大小结构尺寸的设计，材料的选择

（4）拉拔小车的设计

（5）在对比链式拉拔机，联合拉拔机等几个拉拔机优缺点之后，本设计选择钢丝绳拉拔机

（6）拉拔机工作机座的设计润滑和密封

六、工作计划

个人任务计划

时间：

2013年3月——2013年6月

周

主要任务目标

1-4

熟悉课题内容，学习拉拔基本知识及拉拔机结构基础，查阅资料，了解课题相关背景知识，为开题做准备，完成开题报告初稿。

5-8

理论计算（拉拔力，电机选择等具体参数的计算确定），总装配图

9-10

总装备图，部件图，中期考核报告

11-15

部件图，零件图，撰写计算说明书

16-17

完善设计，准备答辩

七、参考文献

[1].高昂.王德广,邓小民不同拉拔工艺对管材尺寸精度的影响.[期刊论文].钢管2008

（1）

[2].王德广,邓小民高精度管材拉拔过程计算机模拟研究.[期刊论文].重型机械2006（3）

[3].王希霞,潘汶,常远.30MN单链冷拔管机链条结构改进[期刊论文].钢管2000（06）

[4].毛艳,李文超.30t冷拔机拔模座改造与设计[期刊论文].冶金设备管理与维修2003（04）

[5]王新社.优质钢管冷拔工艺流程的改进.特殊钢1984

[6]鞍钢无缝钢管厂鞍钢钢铁研究所.30吨冷拔管机测定总结.2002

[7]刘光新.薄壁管冷拔工艺.工矿自动化.2000.05期

[9]胡大超.连续式拉拔机无夹痕无变形夹紧机构设计分析.上海冶金高等专科学校

[10].王相亭.JL型精密冷拔机夹紧机构的改进[期刊论文].机械工人（冷加工）2004（09）

[11].郭艳清,郭光荣,张宝玲.冷拔机夹钳小车受力分析[期刊论文].重型机械2006（04）

[12].李雪伟,朱燕燕.冷拔钢管关键工序控制及缺陷消除[期刊论文].煤矿机械2004（8）

[13].周西杰.韩淑珍.赵志良.冷拔管拔制原理及其拔制的关键因素[期刊论文].煤矿机械2002（9）

[14].谢松.刘效春.项传宝.高精度冷拔钢管的效益性分析[期刊论文].煤矿机械2003（11）

[15].黎新春.变形工艺对冷拔精密管性能的影响[期刊论文].钢管2002，31

（1）

[16].刘光新.张合新薄壁管冷拔工艺[期刊论文].煤矿自动化2000（5）

[17].徐昊主犏.机械设计手册一第一巷．机械工生出版社.1998

[18]AlbertCalvinDodge,Machinedesigndrawingroomproblems/[by]C.D.Albert.ISBN.NewYork:

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[20].MajzoobiGH,SanieeFF,AghiliA.Aninvestigationintotheeffectofredundantsheardeformationinbardrawing.JMaterProcessTechnol2008;201:

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[23].M.Guillot,M.Fafard,S.Girard,A.Rahem,G.D’Amours,Experimentalexplorationofthealuminumtubedrawingprocessforproducingvariablewall

thicknesscomponentsusedinlightstructuralapplications,in:

SAEInternational,Detroit,Michigan,USA,p.10M-0129,2010.

八、指导教师意见

指导教师签字：

年月日

九、系级教学单位审核意见

审查结果：

□通过□完善后通过□未通过

负责人签字：

年月日