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弯管机说明书

毕业论文声明

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1．此毕业论文是本人在指导教师指导下独立进行研究取得的成果。

除了特别加以标注地方外，本文不包含他人或其它机构已经发表或撰写过的研究成果。

对本文研究做出重要贡献的个人与集体均已在文中作了明确标明。

本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。

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论文中已经注明引用的内容外，不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。

对本文的研究成果做出重要贡献的个人和集体，均已在论文中已明确的方式标明。

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年月

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论文作者签名：

日期：

指导教师签名：

日期：

摘要

随着客车制造业的飞速发展，不但带动了相关产业的发展，而且对于客车所需管子的弯曲制造的需求也大大超出了人们的预料，市场对管子弯曲成型的工艺要求也日益提高，要求其首先能满足客车的不断升级，其次还要有亮丽的外观和优美的弧度，本文本着创新的态度对弯管机的设计做一次尝试，希望能对本行业的发展作出贡献，其中考虑不周之处敬请谅解。

论文第一章首先对管材弯曲的加工方法及特点以及弯管加工工艺的发展动态做简要的介绍，之后重点解释了弯管机的工作原理以及其加工方法。

第二章分析了液压系统的负载，控制方案，伺服系统主参数以及液压油缸的设计计算。

第三章简介了弯管机的控制部分。

第四章介绍了液压缸在使用过程中可能遇到的问题和可能在检修，安装过程中可能遇到的困难。

第五章是关于机架的设计。

第六章是关于直线导轨的性能和选用，对直线导轨的特性也做了简要分析。

放在最后的是总结和参考文献。

目前弯管机的研发应向节约成本方向发展，重中之重是掌握自主的知识产权，只有这样才能在激烈的国际竞争中占得先机。

ABSTRACT

Alongwiththepassengercarmanufacturingindustrytodevelopsoon,notonlyarousedthedevelopmentoftherelatedindustry,butalsooutranthepeopletoanticipateconsumedlytotheneedofthebentmanufacturingofthepipethatpassengercarneed,themarketrequeststothecraftthatthepipebendingmodelalsoraiseincreasingly,requestitfirstcansatisfythepassengercarcontinuouslyupgrade,thenextinorderstillneedtohavebrightexternalappearanceandtheradianofthegraceful,thistextisinthelightofthedesignofcreativeattitudetocurvedtubemachinetodototryonce,hopetotheprofessionindustryofdevelopmentmakeacontribution,amongthemconsidernottheplaceoftheweekpleaseunderstanding.

Firstthethesischapter1isbenttothetubematerialofprocessthemethodandcharacteristicandcurvedtubestoprocesstheintroductionthatthedevelopmentdynamicstateofthecraftisthesynopsis,afterthepointexplainedtheworkprincipleofthecurvedtubemachineanditprocessesthemethod.Andthethesischapter2isaboutthatanalyzestheliquidtopressthesystem,thecontrolproject,theservosystemmainparameterandliquidspressthedesigncalculationoftheoilurn.Thechapter3isabriefintroductionthecontrolpartofthecurvedtubemachine.Thechapter4isabouttheproblemandpossibilitiesthatintroducedtheliquidandpresstheurnandmaymeetinuseprocessarecheckingtofix,installingtheprocessinthedifficultythatmaymeet.Chapter5isadesignconcerningthepedestal.Chapter6isaconcerningfunctionthatleadsthetrackstraightlyandchoosetouse,toledthecharacteristicofthetracktoalsodothesynopsisanalysisstraightly.Putintheendofissummaryandreferences.

Atthepresenttimethedevelopmentofthecurvedtubemachineshoulddeveloptowardtheeconomydirection,heavymediumofheavyistocontroltheindependentintelligentpropertyright,onlythencanhaveinvehemenceofinternationalcompetitionthusfirsttiming.

第一章:

液压仿行弯管机的应用

1.1管材弯曲加工方法及特点……………………………………6

1.2弯曲加工工艺的研究动态……………………………………7

1.3板材及型材弯曲加工研究的方法及现状……………………8

1.4管材弯曲变形程度及弯曲力矩………………………………8

1.5工作过程及原理………………………………………………10

1.6轨迹形成过程分析……………………………………………11

1.7靠轮及模块的选取……………………………………………13

1.8辅助设备的应用………………………………………………14

1.9阶段总结及论文研究的目的，意义…………………………14

第二章：

液压系统的设计

2.1明确设计任务…………………………………………………15

2.2分析系统负载…………………………………………………15

2.3确定控制方案…………………………………………………16

2.4确定伺服系统总参数，选择元件……………………………17

2.5液压油缸的设计和计算………………………………………18

2.6阶段总结………………………………………………………19

第三章：

弯管机控制部分简介

3.1PLC在弯管机控制中的应用…………………………………20

3.2PLC控制原理…………………………………………………20

3.3系统工作过程…………………………………………………21

3.4阶段总结………………………………………………………21

第四章：

液压缸的正确使用及检修

4.1液压缸在正确使用中应该注意的问题………………………21

4.2液压缸的常见故障……………………………………………22

4.3液压缸的拆卸检修及安装……………………………………22

第五章：

机架设计

5.1机架的设计准则………………………………………………23

5.2机架设计的一般要求…………………………………………24

第六章：

导轨的原理及其应用

6.1直线导轨的工作原理…………………………………………24

6.2直线导轨的刚性………………………………………………26

6.3单轨的精度……………………………………………………28

6.4直线导轨的选用………………………………………………28

6.5阶段总结………………………………………………………29

第七章：

总结……………………………………………………29

第八章：

参考文献………………………………………………31

第一章：

液压仿行弯管机的应用

1.1管材弯曲加工方法及其特点

管材弯曲方法颇多，按弯曲方式可分为绕弯、推弯、压弯和滚弯；按弯曲时有无填充物可分为有芯（填料）弯管和无芯（填料）弯管；按弯曲时是否加热可分为冷弯和热弯。

冷弯法发展历史较长，种类也较多，而热弯法是近二十年才发展起来的弯曲加工方法。

主要的管材冷弯加工方法有：

1）压弯；

2）缠弯；

3）旋转模弯；

4）拉弯：

5）滚弯；

6）推弯等几种成形方式。

此外，还有扩管弯曲、振动冲击弯曲、起皱弯曲、MOS弯曲等弯曲加工方法，但一般不常用。

在实际管材冷弯加工过程中，旋转模弯（或称旋转拉弯radial-drawbending）是最为常见的弯曲加工方法，也是数控弯管机使用的弯管加工方式。

本文讨论的管子成形工艺就是在此弯曲加工方法下进行研究的。

与实心的板材弯曲相比，由于管材是空心薄壁结构的断面形状，由应力应变状态分析可知，管子在弯曲过程中，中性层外侧受拉应力作用而使管壁减薄，中性层内侧受压应力作用而使管壁增厚，同时使管截面发生畸变，即扁平化．因此，无论采取哪种弯曲方法，在管材弯曲过程中，易产生以下几种不良现象：

1）管材弯曲外侧变薄，甚至开裂；

2）管材弯曲内侧变厚，甚至失稳起皱；

3）管材截面产生畸变（扁平化），甚至压瘪。

此外，由于管材弯曲是弹塑性变形，当载荷卸除后，管材的弯曲角度和弯曲半径会发生弹性回复，即回弹现象；同时，在弯曲过程中，，管材受拉应力作用而产生伸长，即伸长现象。

所有这些现象，不仅影响了管材弯曲成形精度，而且决定了管材弯曲加工性（即管材弯曲加工极限）。

影响管材弯曲加工性的因素很多，归纳起来主要有：

a）管材弯曲件的形状参数，包括直径、壁厚、弯曲半径、横截面形状等；

b）管材的特性参数，包括屈服应力、极限应力、弹性模量、硬度、贫工硬化指数、各向异性参数等；

c）管子本身的精度，如圆度、壁厚不均匀度等；

d）加工设备、加工方法：

e）弯模、芯轴的形状、尺寸等；

f）润滑条件：

g）加工温度。

其中，a、、b）、c）为材料参数，d）、e）、f）、g）为加工条件。

1.2弯管加工工艺的研究动态

由于管子弯曲成形比板材弯曲成形相对要复杂一些，（特别是弯管机冷弯管子工况复杂），所以对管材弯曲加工过程，各国学者一直探索使用理论方法进行描述，理论研究只局限于一般简化了的弹塑性分析，主要集中在管材弯曲过程的数学模型、弯曲成形力、管材的扁平化、壁厚变化、起皱、开裂、管截面塑性失稳等方面．大多数研究工作是实验研究与分析。

VonKarman早在1911年研究了平面弯曲下管子的弹性变形；Brazier在研究弹性圆管的弯曲变形时发现，管截面在弯曲过程中不断变扁（即扁平化现象，或Brazier现象）;E.Reissner，对管子纯弯进行了理论分析，对扁平化现象进行了弹塑性板壳理论分析；shaw提出了纯弯曲状态下描述管截面扁平化的非线性硬化数学模型；Zhang发现，由于截面的扁化效应，圆管被弯曲到一定程度后抗弯能力将明显下降；K.Inode和P.B.Mellor探讨了芯棒与无缝钢管内壁之间的润滑状况对弯曲加工性能的影响;B.D.Reddy对纯弯曲状态下圆管的起皱进行了弹塑性理论分析与实验研究；seddeik和Kennedy,研究矩形截面管辊弯时发现了弯曲半径与变形最之间的关系。

D.Kecman采用极限分析法对管材的管壁变薄进行了理论分析。

日本学者对冷弯钢管也进行了广泛的研究。

例如，远藤顺一、室田忠雄对圆管均匀弯曲的成形力、管截面扁平化、壁厚减薄、起皱等方面进行了较深入的理论和实验研究；浅尾宏等探讨了弯曲加工过程中施加轴力、使用弯曲棋等来改替弯曲加工性，同时研究了弯曲加工温度对弯曲加工性的影响：

村田真对弯曲时的内侧起皱、破裂、失稳等进行了实验研究。

近年来，许多学者采用有限元法来分析管材的弯曲变形过程，其中富田佳宏，北川浩等在这方面进行了较为深入的研究。

应当指出，随着旋转拉弯式弯管机的使用，以及弯管过程中使用芯棒，使弯管的椭圆度较小，管壁减薄率也较小，外形己能符合要求，因此弯管的扁平化及减薄率己不再是研究的重点。

众所周知，现代管子加工技术主要是向生产流水线发展，而流水线生产必须采用无余量弯管和先焊法兰后弯曲加工的新工艺。

该工艺能节约材料，提高上产效率，能缩短造船周期，具有显著的经济效益。

管子弯曲加工是弹塑性弯曲，弯曲加工后管子会发生回弹和伸长，所以在采用上述新工艺时，为能获得正确的管形，必须解决管子的回弹、伸长、回弹后半径以及起弯点确定等主要问题。

1.3板材及型材弯曲加工研究的方法及现状

弯管是指将经过焊接的长管按照工艺图纸的要求弯制成各种各样的蛇形管，由送料、夹紧和弯管三部分完成。

送料是将管料从料架上翻入料槽中，由送料电机将管料送到挡管器处，再由直流伺服电机定长送料。

在由液压辅助控制部分控制的顶墩夹夹紧、收紧夹收紧、弯管模闭合后，由弯曲缸带动弯模旋转弯管；顶墩缸推动顶徽夹使其给管料施加轴向推力，以满足弯管和顶墩的匹配要求。

当一个弯头弯完后，再由直流伺服电机定长送料，同时转筒旋转一定角度（通常为180度），进行再一次弯管，直到整根管子弯完为止。

在现代工业生产中，板材和型材的弹塑性弯曲成形工艺被广泛地应用于制造压力容器、汽车、船舶和飞行器的外壳等大型金属壳体结构。

尽管弯曲成形的工艺过程多种多样，但从力学角度来考察，主要应研究解决以下几个问题。

1）材料的可弯曲性的评估；

2）成形力的计算，这是选择压力机和进行模具强度设计的基础；

3）回弹量的计算，这是保证产品几何精度和进行模具几何设计都具有重要意义

4）对可能发生的皱曲的预报和控制。

目前对弯曲问题的研究主要采用以下方法：

㈠理论研究

㈡有限元模拟分析

㈢试验研究

1.4管材弯曲变形程度及弯曲力矩

㈠弯曲变形程度——最小弯曲半径

管材的弯曲变形程度（即最小弯曲半径），取决于相对弯曲半径R/D和相对厚度t/D的数值大小。

R/D和t/D越小，表示弯曲变形程度越大。

当变形程度过大（即R/D和t/D过小）时，弯曲中性层的最外侧管壁会产生过度变薄，甚至导致破裂：

最内侧管壁将明显增厚，甚至失稳起皱；同时，随着变形程度的增加，断面形状的畸变也愈加严重。

因此，为保证管件的成形质量。

必须控制其变形程度在许可的范围内。

管材弯曲时的允许变形程度，称为弯曲成形极限。

管材的弯曲成形极限与板材弯曲时不同，板材的弯曲成形极限，主要取决于材料的力学性能，通常以弯曲时未产生裂纹前的内侧最小弯曲半径r表示。

r值越小，说明成形极限越大。

由于管材薄壁结构的断面形状能够引起诸如断面形状畸变、壁厚不均及失稳起破等新问题，因此考察其成形极限时，必须充分考虑这些问题对管件使用性能的影响。

这就是说，按照管件用途的不同，其成形极限就各不相同。

换言之，管材的弯曲成形极限不仅取决于材料力学性能及弯曲方法，而且还应考虑管件的使用要求。

综上所述，管材的弯曲成形极限应包含以下几个内容：

1）中性层外侧拉伸变形区内最大的伸长变形，不致超过材料塑性允许值而产生破裂的成形极限；

2）中性层内侧压缩变形区内，受切向压应力作用的薄壁结构部分不致超过失稳起皱的成形极限；

3）如果管件有椭圆度要求时，控制其断面形状畸变的成形极限；

4）如果管件有承受内压的强度要求时，控制其壁厚减薄率的成形极限。

由此可见，确定管材的弯曲成形极限是一个较为复杂的问题．尤其对成形质量有较高要求的弯曲件，在制定弯曲工艺、确定工艺参数时，上述四种成形极限的条件，都要得到保证。

同时也应说明，对于一般用途的弯曲件，当采用通常的弯曲方法加工时，大都是已对管子的强度、外观不发生质量缺陷，作为决定成形极限的依据，无需过于苛求，只要管件能满足使用要求即可。

㈡弯曲力矩

管材弯曲力矩的计算是决定弯管机力能参数的基础。

下面根据塑性力学理论，分析导出管材均匀弯曲时所需弯矩的理论表达式。

尽管它是近似的，不可能把诸多影响因素都准确地反映到计算公式中，但仍不失为有一定的参考价值。

管材在均匀弯曲变形中，变形区横剖面上的应力分布如图1所示。

图1：

变形区横剖面上的应力分布图

按弹塑性工程弯曲于理论，假定：

1）弯曲后，变形区的横剖面仍保持平剖面；

2）管材圆周方向的变形忽略不计，即假定弯曲时管径不变，变形区视为平面应变状态；

3）应力中性层位置不变，在此视为仍在管材横剖面中心。

通过以上假设，其弯矩为M，之后利用塑性变形应力与应变的关系求M的值。

得到的结论是，在实际弯管过程中，管材弯曲时的弯矩，不仅取决于管材的材料性能、断面形状与尺寸以及弯曲半径等基本参数，同时也与弯曲方法、使用的模具结构等有很大关系。

因此，目前还不可能把所有因素都准确地用计算公式表示出来，在生产中只能估算。

1.5工作过程及原理

弧度渐变的弧度管，因其曲率半径不统一，而且其材料为强度较大的矩形管，同时其弯制的质量合格与否，直接关系到后续工序，如玻璃及外饰件的装配等方面，所以弯制技术要求较高。

以往客车制造中，一般是以技术较好的工人用氧一乙炔焊枪辅以其它工具手工完成，虽然能制出，但问题显而易见：

a.工人劳动强度大；b．效率低，难以形成批量；c．弧度管弯制好坏，受其技术及经验影响程度大。

此种方法只适合于试制或小批量生产的要求，对于批量较大的客车生产是不适合的。

因此，企业必须有与产量相适应的弯管设备。

液压仿形弯管机正是以其操作简单、弯制质量好、适合批量生产等优点很快得到客车企业的青睐。

图2为相关液压伺服控制弯管机实物照片，本设计依照创新，变革为原则，与图中机构在外型和执行方案上并不一致，但可以完整实现其功能，虽不能称为成熟的商业产品，也不失为在同行业中的一次大胆尝试，唯希望能够启发相关设计人员，经过千锤百炼研制出更为先进的机电设备，节约制造成本，提高同类产品在国际市场的竞争力。

图2：

液压伺服控制弯管机实物图

图3为弯管机外型示意图。

图3：

弯管机外型示意图

1-靠轮；2-动滚轮；3-定滚轮a；4-可拆换模块；5-上料支架；6-定滚轮b;7-矩形管；8-机体；9-芯轴；10-顶料支架；11-操纵控制板

其工作原理为：

首先，在准备程序结束后（包括安装模块、靠轮、动定轮等），按动操纵控制板上的启动开关，使矩形管在上料支架的顶力（液压系统作用力）下沿液压系统滑轨由A端逐渐推至B端与顶料支架接触，同时模块组也随液压系统滑轨推至B端，系统在限位开关作用下停止运动，上料结束（此过程靠轮l不与模块4接触）。

如果系统一切正常，则进行弯制程序：

按动弯制开关，靠轮l升起与模块4接触，在顶料支架l（）作用下矩形管7与模块组4一同沿液压系统滑轨及芯轴按图示箭头所指方向运动，随着模块组4厚度的变化，靠轮l绕着以定滚轮a的圆心为圆心转动，同时动滚轮2也绕着以定滚轮a的圆心为圆心转动（靠轮l、动滚轮2、定滚轮a3组成相对不动的组合体），因动滚轮2在整个弯制过程中始终与矩形管7接触，从而改变矩形管7的输出轨迹，随着动滚轮2转动不同的角度，矩形管7以不同曲率半径输出。

1.6轨迹形成过程分析

客车制造企业为了适应市场的需求，不断地推出新产品、新面孔；一般前后围弧度变化得较多，这就需要对靠模、模块尺寸进行选取。

如何选取？

要解决这个问题，就必须了解其轨迹的形成过程。

从上面分析其工作原理可知，其主要部分在于靠轮、动滚轮、定滚轮组成的组合体随模块移动，导致矩形管输出轨迹变化才形成客车车身所需要的样件。

样件形成过程如图4，图5，图6，图7所示。

图4

图5

图6

图7

在分析各段之前，先对图7进行探讨。

图8演示了靠轮l、动滚轮2以定滚轮a3的圆心为圆心分别转。

a角、y角时曲率半径的变化。

首先当动滚轮2和定滚轮a3的圆心连线与矩形管平行时，也就是说，对矩形管不施外力。

图8

在此种情况下，把矩形管推出来，仍是直的，可以认为其为半径无穷大的圆，即图8所示半径Rl的值即为无穷大；当逐渐顺时针转动，则半径会交于过定滚轮b6圆心与矩形管垂直的垂线上（因动滚轮2圆心与定滚轮h6圆心水平距离很小，可近似认为垂线为弯制圆的圆心会合点）；可知转a角对应的是与切线h垂直的半径R2，转y角对应的是与切线g垂直的半径R3。

不难看出，随转角增大，半径却逐渐减小，直至其极限位置的最小半径；最小半径对应值如何取？

如图5所示，当动滚轮2与定滚轮场外圆相切时，极限值为最小半径的值，如图5中半径为R4；如果矩形管的宽度等于图3中滚轮主视图尺寸2W时（此处假设定滚轮