波紋管成型機的設(shè)計

摘 要 波紋成型機是生產(chǎn)波紋管的核心設(shè)備，生產(chǎn)出的波紋管已經(jīng)廣泛用于各個工業(yè)領(lǐng)域，它是集機電液為一體的現(xiàn)代化高技術(shù)設(shè)備。 本文針對生產(chǎn)的要求，提出了設(shè)計題目。并對該機的機械系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)和控制系統(tǒng)進(jìn)行了全面設(shè)計。 在機械結(jié)構(gòu)設(shè)計中，首先分析了波紋管成型的工作過程，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了模具結(jié)構(gòu)設(shè)計、主壓油缸設(shè)計、油推水油缸設(shè)計、各種液壓站元件的設(shè)計。 液壓系統(tǒng)設(shè)計中，根據(jù)波紋管成型的工作過程，進(jìn)行了液壓系統(tǒng)原理圖的設(shè)計，確定了液壓系統(tǒng)的執(zhí)行元件。計算了整個液壓系統(tǒng)的流量，并根據(jù)流量和壓力進(jìn)行了液壓閥的選型、油 箱的設(shè)計和各個輔助元件的選擇，計算了各個系統(tǒng)的功率，據(jù)此選擇了電動機的型號，最后繪制了液壓泵站的裝配圖。 由于傳統(tǒng)波紋管成型機采用繼電器和接觸器等元件作為系統(tǒng)的控制元件，存在可靠性、靈活性差等缺點。文中通過實例說明利用 PLC 對其進(jìn)行改造。 電氣控制系統(tǒng)采用可編程控制器 PLC 作為整臺機器的控制器，并對 PLC 的工作過程進(jìn)行了介紹，對 PLC 相關(guān)原件進(jìn)行了選型，同時繪制了 PLC 控制系統(tǒng)的輸入、輸出接線圖，即控制系統(tǒng)電氣原理圖，并采用了梯形圖編程，實現(xiàn)了整機的自動化。本設(shè)計已經(jīng)應(yīng)用于生產(chǎn)，取得了良好的效果。 關(guān)鍵詞 ：波紋管成型機 ； 液壓系統(tǒng) ； PLC Abstract Bellows machine is the core of bellows production equipment to produce the bellows which have been widely used in various industrial fields. It is a modernized technical equipment which centralizes the machinery, hydraulic and electric system. Aiming at the requirement of production, the author puts forward the topic and devises the mechanical system, hydraulic system and controlling system thoroughly. In the mechanical structure design, firstly the working process of the Bellows machine was analyzed , and on this basis, a die structure design, the main fuel tank design, oil pushing water fuel tanks and various components of the hydraulic station were designed. In the process of the device of hydraulic system, according to the working process of slewing telescopic gangway, the principle plot of hydraulic system was devised； furthermore, the performing elements were designed. At the same time, the author computed the flux of the whole system. And then, based on the flux and the pressure, the author accomplished the choices of valves, the design of gasoline tank and the choices of assistant components. And then, the author computed the power of the whole system and chose the model of electromotor. At last, the component plot of hydraulic station was drawn. The traditional Bellows machine using relays and contactor as controlling elements shows some disadvantages, such as low reliability and flexibility. This paper discusses the improved design based on PLC. The controlling system adopts the PLC as the controller of the entire machine. It introduce the working process of PLC, chose the model of the PLC and related elements. At the same time, the author drew the input and output circuit of the controlling system, namely the electric principle plot. The machine realized the automation of producing process by making use of the trapezium shape to programme. The design has already been applied to practice, and has gained a very good effect. Key Words: Slewing telescopic gangway； hydraulic system； PLC V 目 錄 摘 要 . I ABSTRACT . II 目 錄 . V 1 緒論 . 1 1.1 概況和發(fā)展趨勢 . 1 1.1.1 無錫南方液壓氣動成套有限公司簡介 . 1 1.1.2 國內(nèi)波紋管的概況和發(fā)展趨勢 . 1 1.1.3 波紋管成型機簡介 . 3 1.2 課題的提出與意義 . 4 1.3 課題的主要內(nèi)容 . 4 2 總體方案的確定 . 6 2.1 設(shè)計依據(jù) . 6 2.2 確定模具結(jié)構(gòu)設(shè)計方案 . 6 2.3 確定液壓系統(tǒng)設(shè)計方案 . 6 2.4 確定控制系統(tǒng)設(shè)計方案 . 6 3 模具結(jié)構(gòu)的設(shè)計 . 8 3.1 概述 . 8 3.2 設(shè)計依據(jù) . 8 3.3 設(shè)計范圍及其設(shè)計方案 . 8 3.3.1 模具的工藝分析 . 8 3.3.2 模具的結(jié)構(gòu)設(shè)計 . 9 3.3.3 模具環(huán)剛度的計算 . 11 3.3.4 模具的加工 . 12 4 液壓系統(tǒng)的設(shè)計及其校核 . 13 4.1 液壓系統(tǒng)的組成 . 13 4.1.1 能源裝置 . 13 4.1.2 執(zhí)行元件 . 13 4.1.3 調(diào)節(jié)控制元件 . 13 4.1.4 輔助元件 . 13 4.2 液壓系統(tǒng)的主要優(yōu)缺點 . 13 4.2.1 液壓傳動的優(yōu)點 . 13 4.2.2 液壓傳動的缺點 . 13 4.3 液壓系統(tǒng)設(shè)計 . 14 4.3.1 概述及液壓系統(tǒng)方案設(shè)計 . 14 4.3.2 液壓系統(tǒng)原理圖的擬定 . 16 4.3.3 主壓油缸的設(shè)計 . 16 4.3.4 油推水油缸的設(shè)計 . 20 4.3.5 液壓能源裝置設(shè)計 . 24 4.3.6 液壓閥的選擇 . 24 4.3.7 液壓輔助元件的設(shè)計與選擇： . 27 4.3.8 液壓系統(tǒng)元件清單 . 30 4.3.9 液壓管路的聯(lián)接 . 32 4.3.10 安裝后的調(diào)試 . 32 5 控制系統(tǒng)的設(shè)計 . 34 5.1 PLC 與繼電器控制系統(tǒng)的比較 . 34 5.2 PLC 與微型計算機的比較 . 34 5.3 PLC 可靠性高的原因 . 34 5.4 PLC 的安裝與抗干擾措施 . 35 5.4.1 安裝環(huán)境和注意事項 . 35 5.4.2 電源和接地 . 35 5.5 PLC 系統(tǒng)的調(diào)試和運行 . 36 5.5.1 通電前的檢查 . 36 5.5.2 調(diào)試運行主要過程 . 36 5.6 PLC 系統(tǒng)的維護(hù) . 36 5.7 PLC 控制系統(tǒng)的設(shè)計 . 37 5.7.1 設(shè)計內(nèi)容 . 37 5.7.2 控制電路元氣件的選用及電路圖的繪制 . 37 5.7.3 PLC 的編程 . 37 6 UG 有限元分析方法 . 39 6.1 有限元分析方法簡介 . 39 6.2 進(jìn)行有限元分析的目的和意義 . 39 7 UG 動力學(xué)分析 . 40 7.1 UG 運動仿真模塊簡介 . 40 7.2 如何創(chuàng)建運動仿真 . 40 7.3 波紋管成型機運動仿真 . 40 8 結(jié)論與展望 . 42 8.1 結(jié)論 . 42 8.2 展望 . 42 致謝 . 43 參考文獻(xiàn) . 44 附錄 . 45 波紋管成型機的設(shè)計 1 1 緒論 1.1 概況和發(fā)展趨勢 1.1.1 無錫南方液壓氣動成套有限公司簡介 無錫南方液壓氣動成套有限公司座落于無錫高新技術(shù)開發(fā)區(qū)、公司占地面積 13000 平方米、生產(chǎn)車間約 9200 平方米、擁有員工 180 人、專業(yè)技術(shù)工人占 80%、各類大型、成型、加工設(shè)備 100 多套、其中部分設(shè)備屬國內(nèi)先進(jìn)水平。專業(yè)生產(chǎn)各種國標(biāo)和非標(biāo)管接頭、高壓膠管總成、各種 液壓油缸、液壓系統(tǒng)的骨干企業(yè)。產(chǎn)品遠(yuǎn)銷美國、丹麥、意大利、日本等國家。本公司產(chǎn)品可適用于冶金、船舶、機床、工程機械、輕工、立體車庫等行業(yè)、年銷售額達(dá) 5000 萬元。公司于 2001 年通過 ISO9001-2000 質(zhì)量體系認(rèn)證。并擁有多項自主專利產(chǎn)品、公司連續(xù)多年被評為市重合同守信譽企業(yè)、在廣大用戶中有很好的評價。 公司技術(shù)力量雄厚、擁有一批高級工程師、產(chǎn)品設(shè)計工程師、是江南大學(xué)學(xué)生的實習(xí)基地。并廣泛應(yīng)用計算機輔助設(shè)計。 本公司有十多年專業(yè)設(shè)計、開發(fā)、液壓系統(tǒng)（液壓站）、液壓缸、管接頭、高壓管等產(chǎn)品 的設(shè)計能力及豐富的制造生產(chǎn)經(jīng)驗。年生產(chǎn)能力：液壓系統(tǒng) 1000 套、液壓缸 20000件、高壓膠管總成 100000 根、管接頭 2000000 件。 產(chǎn)品出口日本 NOK、哈薩克斯坦、烏茲別克斯坦等國家。并為英格索蘭提供全球配套等等。為武漢重型機床廠、鄭州大方橋梁公司、江蘇華通機械有限公司、鎮(zhèn)江礦山機械廠、西安電爐研究所、南京金城集團(tuán)、江漢石油管理局第四機械廠、上海天地島川停車設(shè)備制造有限公司、中聯(lián)重科浦沅分公司、中國船舶總公司第七零二研究所（為 863 計劃配套 7000米水下機器人的液壓裝置）等用戶提供國內(nèi)配套服務(wù) 。 公司本著 “質(zhì)量第一、用戶至上 ”的宗旨、熱誠為廣大用戶服務(wù)！攜手共創(chuàng)美好明天、共展宏圖！ 1.1.2 國內(nèi)波紋管的概況和發(fā)展趨勢 近些年來，波紋管市場發(fā)展迅速，產(chǎn)品產(chǎn)出在全國各地持續(xù)擴(kuò)張，國家產(chǎn)業(yè)政策鼓勵波紋管產(chǎn)業(yè)向高技術(shù)產(chǎn)品方向發(fā)展，國內(nèi)企業(yè)新增投資項目投資逐漸增多。投資者對波紋管行業(yè)的關(guān)注越來越密切，這使得波紋管行業(yè)的發(fā)展需求增大。波紋管作為一種儀表元件雖然已有了上百年的歷史 ,但由于它具有結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉、性能穩(wěn)定、使用可靠等特點 ,在今天儀器儀表中仍占有重要的地位 ,而且它的應(yīng)用范圍已擴(kuò)大到各個工業(yè)領(lǐng) 域。 隨著企業(yè)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，裝置中泵類設(shè)備的不斷更新?lián)Q代及新技術(shù)、新材料的不斷應(yīng)用，我們感到在多種泵類機械密封的選擇中，波紋管機械密封在化工裝置中越來越顯示出它的優(yōu)良性能。 在機械密封技術(shù)上，波紋管有著突出的優(yōu)點。 表現(xiàn)為： A 結(jié)構(gòu)簡單，安裝方便，適應(yīng)性強，靜止環(huán)具有浮動性； B 浮環(huán)結(jié)構(gòu)設(shè)計，消除鑲裝環(huán)的各種應(yīng)力； C 旋轉(zhuǎn)環(huán)易于更換，修復(fù)； D 結(jié)構(gòu)緊湊，適用于螺桿泵軸向較小的場合； E 旋轉(zhuǎn)環(huán)、靜止環(huán)法蘭連接，動泄漏點少。 該技術(shù)特點是： 無錫太湖學(xué)院 學(xué)士學(xué)位論文 A 密封可靠，在較長時間使用中不會 泄漏； B 使用壽命長，靜環(huán)和動環(huán)高耐磨材料比旋轉(zhuǎn)式密封多用半年； C 摩擦功率損失??； D 適用范圍廣，能用于低溫、高溫、高壓、各種轉(zhuǎn)速及各種耐腐蝕、易燃、易爆、有毒介質(zhì)的密封； E 彈簧強度大，抗震能力強，穩(wěn)定性好。 大慶油田天然氣分公司與有關(guān)單位共同研制和使用 DBM-40A-1、 DBM-35B-1 等 20 多種波紋管機械密封，密封良好，壽命長。得到了廣泛應(yīng)用，并取得了顯著效果。 圖 1.1 波紋管機械密封 圖 1.2 波紋管密封截止閥 柴油機排氣系統(tǒng)溫度補償器的研制，應(yīng)用了新結(jié)構(gòu)、新工藝，其特點是精密性和可靠性高。該產(chǎn)品的研究開發(fā)，將提高國產(chǎn)波紋補償器的設(shè)計、工藝、裝備和檢測水平，并能最終替代進(jìn)口的產(chǎn)品。而且由于金屬波紋補償器具有各種優(yōu)異的性能，其應(yīng)用范圍與日俱增，隨著先進(jìn)技術(shù)的進(jìn)一步推廣應(yīng)用，必將取得較大的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。除滿足大功率高可靠柴油發(fā)動機的配套需要外，也為其他軍工配套打下良好的基礎(chǔ)。 圖 1.3 汽車排氣波紋管 圖 1.4 通用型波紋管補償器 浙贛鐵路九標(biāo)管段共有 14 座公跨鐵立交橋，為了爭搶工期，全段公路跨線橋梁的施工由現(xiàn)澆變?yōu)樘崆邦A(yù)制，由于橋梁工點分散，設(shè)置了 10 處橋梁預(yù)制場地，共預(yù)制梁 56 片。公路橋梁采用箱形梁，后張法張拉，預(yù)應(yīng)力孔道采用扁波紋管。從施工一開始，就得趕快研究圖紙，打每一片梁都堅持檢查施工質(zhì)量，從鋼筋數(shù)量、尺寸及波紋管的安裝和混凝土澆筑、預(yù)應(yīng)力張拉、壓漿、封錨等各方面都不錯過，但在施工過程中，還是偶爾會有波紋管孔道堵塞現(xiàn)象發(fā)生，一 旦堵塞發(fā)生，只能對混凝土結(jié)構(gòu)做 “開刀 ”處理，然后嵌補，這樣波紋管成型機的設(shè)計 3 的結(jié)果是，堵孔多了必然影響結(jié)構(gòu)的質(zhì)量，嚴(yán)重會造成質(zhì)量事故。在施工中人們大多使用波紋管成孔，所以防止這種現(xiàn)象的發(fā)生就顯得十分重要了。其實堵孔現(xiàn)象并不是不能避免的。從對造成堵孔的原因分析人手，人們采取了相應(yīng)的措施，取得了良好的效果。 波紋管已經(jīng)應(yīng)用到各個領(lǐng)域，它 廣泛應(yīng)用于通信光電纜護(hù)套、建筑排水、市政排 水農(nóng)田低壓灌溉等等，雙壁波紋管在通訊電纜護(hù)套管領(lǐng)域 ,也基本取代了水泥管，波紋管自引進(jìn)以來，其發(fā)展很快，應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大，管材規(guī)格也從小到大不斷發(fā)展。生產(chǎn)廠 家不斷增多，設(shè)備也由全部從國外引進(jìn)，到目前基本國產(chǎn)化，其所用原料也不斷增多，從 PVC 到PE、 HDPE、 PP 等。近幾年來，其發(fā)展更快，生產(chǎn)量逐年增多，已成為塑料管材領(lǐng)域的一支重要力量。 1.1.3 波紋管成型機簡介 波紋成型機是生產(chǎn)波紋管的核心設(shè)備，由成型模具、傳動系統(tǒng)，控制系統(tǒng)三部分組成。成型模具一般由 3040 對上下（或水平）對開的模片組成，沿一定的軌跡移動，模具閉合成圓形管子的成型腔，模具打開，使制品脫模，模具可由水或空氣冷卻。其成型過程為：從擠出機擠出管坯在一定的水壓下，經(jīng)過吹脹（或真空吸附），使內(nèi)外 壁分別貼合在成型模具和內(nèi)定徑棒上成型。波紋成型機同時具有牽引管材的作用。 波紋成型機有立式和水平式兩種，立式波紋成型機其模具上下開合，占地面積小，結(jié)構(gòu)緊湊，但模具更換較困難，特別是大口徑模具的更換。水平式波紋成型機其成型模具水平開合，占地面積較大，但更換模具比立式方便得多，因比其應(yīng)用更廣泛。一般小口徑管材，采用的是整體式模具，而大口徑管材考慮到其模具重量大，更換時不方便，故一般采用托架式模具，換口徑時，只需更換托架內(nèi)的芯模即可，節(jié)省了模具制造成本。 波紋成型機的關(guān)鍵就是成型模具運行軌道的確定 ，需先建立模具運行的數(shù)字模型，然后印出其軌跡，最后按照這一軌跡組合模具。 雙壁波紋管的成型方法一般有真空成型法和壁間充氣成型法兩種，也有同時使用這兩種方法的。真空成型法是通過成型模具上的真空孔使管坯外壁靠負(fù)壓作用吸附在成型模具上，其內(nèi)壁靠伸出芯模的定徑棒定型。這種方法生產(chǎn)的管子的外觀質(zhì)量較好，但其內(nèi)外徑尺寸穩(wěn)定性較差，且真空孔易堵塞，造成產(chǎn)品外壁波紋缺陷。壁間充氣成型法是在兩層料坯中間通壓縮空氣，把管坯外壁吹脹入成型模具，同時使管內(nèi)壁貼附在內(nèi)定徑棒上。并可根據(jù)管口徑，壁原的大小來調(diào)氣壓。應(yīng)用這種方法 生產(chǎn)的管材。尺寸穩(wěn)定性好。 國內(nèi)生產(chǎn)的波紋管成型機，一般為水平式結(jié)構(gòu)，大口徑管材也采用托架式模具。但受其加工設(shè)備的限制，其模具的加工精度和同一性與國外同類產(chǎn)品相比還有差距，在生產(chǎn)中機器故障較多，有時還可能造成模具運行軌道的損壞。 近年來上海金緯機械制造有限公司開發(fā)了一系列大口徑雙壁波紋管生產(chǎn)線，其波紋成型機采用立式結(jié)構(gòu)，由于模具的加工采用了大型加工中心生產(chǎn)，其同一性和精度均達(dá)到較高的水平。同時，模具采用快速冷卻系統(tǒng)，可較大程度地提高生產(chǎn)速度。 雖然國產(chǎn)的波紋成型機質(zhì)量不如國外進(jìn)口產(chǎn)品 ，但由于其價格比國外同類產(chǎn)品低很多，且其生產(chǎn)的管材能達(dá)到要求，故近年來國內(nèi)大部分波紋管生產(chǎn)廠家還是采用國產(chǎn)生產(chǎn)線。故國產(chǎn)設(shè)備的生產(chǎn)廠家這幾年發(fā)展較快，但還應(yīng)致力提高加工水平，開發(fā)新產(chǎn)品，縮小與國外產(chǎn)品的差距。 最近幾年，國外研制出了模具速回轉(zhuǎn)系統(tǒng)，即利用機械或氣動搬運系統(tǒng)，把最后一對無錫太湖學(xué)院 學(xué)士學(xué)位論文 模片重新快速帶回開始的工作位置。它的優(yōu)點是模片數(shù)可減少，一般僅需 1218 對模片，在生產(chǎn)大口徑管材時，可極大地降低波紋成型機的生產(chǎn)成本。 圖 1.5 波紋管成型機設(shè)備 1.2 課題的提出與意義 近幾年是波紋管發(fā)展的黃金 時期，它的應(yīng)用范圍已擴(kuò)大到各個工業(yè)領(lǐng)域。 本課題是完成波紋管成型過程的總體設(shè)計，對該機的機械系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)和控制系統(tǒng)進(jìn)行了全面設(shè)計。在設(shè)計中還須設(shè)計液壓電控原理及程序，對于進(jìn)行模具、油缸等進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計以及油缸中重要零件的優(yōu)化設(shè)計并做出必要的有限元分析和運動仿真。本課題使我在設(shè)計過程中，能掌握較強的實際工作經(jīng)驗，完成從設(shè)計到實際生產(chǎn)及運行調(diào)試的整個過程，這樣一來就能很好的掌握機電液一體化技術(shù)，提高解決實際工作問題的能力，為以后工作打下極好的基礎(chǔ)。 1.3 課題的主要內(nèi)容 本課題的主要內(nèi)容是完成波紋管成型的總體 設(shè)計。最后，將它們轉(zhuǎn)化為能供指導(dǎo)制造、裝配、安裝、調(diào)試和維修用的設(shè)計圖紙及各類說明書等技術(shù)文件。總之，設(shè)計的主要內(nèi)容分為機械系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)和控制系統(tǒng)三部分。按照用戶提出的完整技術(shù)要求，寫出液壓及電氣的技術(shù)數(shù)據(jù)，并經(jīng)用戶確認(rèn)。 本設(shè)計需滿足的要求如下： A 達(dá)到技術(shù)指標(biāo)所規(guī)定的要求，滿足實際工作需要。 B 整機機構(gòu)實用，加載部件需做應(yīng)力應(yīng)變分析。 C 整個機械裝置需要做運動學(xué)分析。 D PLC 全自動控制，要有較高的工作可靠性、安全性。 E.工作安全，操作方便 根據(jù)技術(shù)要求，我們需要在搞清設(shè)備工作原理的 基礎(chǔ)上，經(jīng)改進(jìn)設(shè)計，進(jìn)行正式圖紙波紋管成型機的設(shè)計 5 繪制。在設(shè)計中還需對現(xiàn)有的機構(gòu)進(jìn)行分析，如充分利用 UG 和 LINGO 等軟件進(jìn)行有限元應(yīng)力分析、運動分析和優(yōu)化設(shè)計。且設(shè)計液壓原理圖、電氣原理圖，主機等部件。在自動化生產(chǎn)軟件的使用編程邏輯方面用 PLC 控制。因類似設(shè)備已投入生產(chǎn)，故我在設(shè)計過程中，可獲得并掌握較強的實際工作經(jīng)驗。最終完成從設(shè)計到實際生產(chǎn)及運行調(diào)試的整個過程，這樣一來就能很好的掌握機電一體化技術(shù)，提高了解決實際工作問題的能力，為以后工作打下極好的基礎(chǔ)。尤其這幾個軟件的使用對以后的研究生課程有莫大的幫助和指導(dǎo)性的方向。 在設(shè)計的時候，課本知識和實際生產(chǎn)經(jīng)驗的結(jié)合是我最想擁有的經(jīng)歷。期間充分利用已有的資源在搞清設(shè)備工作原理的基礎(chǔ)上，調(diào)研工廠實際情況包括設(shè)備的調(diào)試（主要是液壓部分和電控部分）以及制造過程遇到的難題和解決方案，因而形成了對設(shè)備的機械部分，液壓部分，電氣部分技術(shù)觀念和感性認(rèn)識，為改進(jìn)，完善設(shè)備打下堅實基礎(chǔ)。 本課題為機電液綜合設(shè)計，對本科的機械工程學(xué)生而言，已經(jīng)是能夠接受和有所創(chuàng)新地完成的項目了。而且整個設(shè)備制造技術(shù)路線清晰明了。最后在設(shè)計完成交付，并實現(xiàn)功能的整個流程中，學(xué)習(xí)并收獲有限元應(yīng)力優(yōu)化設(shè)計及運動分析等 先進(jìn)設(shè)計方法在設(shè)計中的作用。綜合機電液，加強鞏固和糅合這三方面知識結(jié)構(gòu)，為以后的發(fā)展打好基礎(chǔ)。 課題結(jié)束后，希望能達(dá)到鍛煉設(shè)計能力，而又能熟悉如何從圖紙到設(shè)備實際工作調(diào)試完成交付使用的整個過程，并經(jīng)實際的動手完成真正能正常工作的設(shè)備。 無錫太湖學(xué)院 學(xué)士學(xué)位論文 2 總體方案的確定 2.1 設(shè)計依據(jù) 本課題是對無錫市永興金屬軟管有限公司波紋管成型機上所有液壓元件進(jìn)行綜合系統(tǒng)的設(shè)置，以滿足工廠質(zhì)量控制的要求。經(jīng)過與廠方代表的協(xié)商決定，該成型機能夠?qū)σ韵乱簤涸M(jìn)行檢測并完成相應(yīng)的檢測項目。 A 本套設(shè)計依據(jù)汽車消聲器等特性設(shè)計。 B 本套設(shè)計以滿足汽車波紋管一次成型要求設(shè)計。 C 本套設(shè)備以符合相關(guān)管材的規(guī)范要求設(shè)計。 D 本套設(shè)備的制造、檢驗、安裝、使用均以滿足設(shè)備投資少、生產(chǎn)易控制。 2.2 確定模具結(jié)構(gòu)設(shè)計方案 成型模具由 16 對水平對開的模塊組成，沿一定的軌跡移動，模具閉合成圓形管子的成型腔，模具打開，使制品脫模，模具可由水或空氣冷卻。其成型過程為：從擠出機擠出管坯在一定的水壓下，經(jīng)過吹脹，使內(nèi)外壁分別貼合在成型模具和內(nèi)定徑棒上成型。波紋管成型機的關(guān)鍵就是成型模具運行軌道的確定 ，需先建立模具運行的數(shù)字模型，然后印出其軌跡，最后按照這一軌跡組合模具。 2.3 確定液壓系統(tǒng)設(shè)計方案 波紋管成型機的液壓系統(tǒng)屬于很典型的液壓系統(tǒng)，利用成型機可以方便的使波紋管一次性成型。 在液壓系統(tǒng)的設(shè)計方案中，通過設(shè)置調(diào)壓回路、增壓回路、換向回路、進(jìn)、出節(jié)流回路實現(xiàn)不同的目的，例如合模、分模等。高低壓油泵以及控制油泵的配合使用，使得成型的效率大大提高。油推水油缸用水代替了油，除了減少污染，有利于環(huán)保以外，還方便于清洗。本公司波紋管成型機生產(chǎn)出的不銹鋼波紋管主要用于汽車的消聲器。 本液壓系統(tǒng)是 無錫南方液壓 氣動成套有限公司 波紋管成型機裝置機設(shè)計、制造的專用液壓傳動設(shè)備。該系統(tǒng)精選了國內(nèi)外優(yōu)質(zhì)液壓元、附件。液壓回路采用了集成油路塊式結(jié)構(gòu)，液壓系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)先進(jìn)、合理、可靠、易于維修。符合 GB3766-87液壓系統(tǒng)通用技術(shù)條件中的各項技術(shù)要求。 本液壓系統(tǒng)由于采用了開式油箱結(jié)構(gòu)，所以不允許在粉塵大的惡劣環(huán)境下工作，使用時應(yīng)注意經(jīng)常清掃液壓設(shè)備上的粉塵，以保證液壓系統(tǒng)具有良好的散熱性。 所有液壓閥控制回路均采用了集成油路塊式結(jié)構(gòu)，使本系統(tǒng)具有泄漏少，結(jié)構(gòu)緊湊，便于維修的特點。 本液壓系統(tǒng)在工作原理上具有以下特征： 具有吸油濾油器，使本系統(tǒng)工作介質(zhì)的清潔度得到有效的保證，降低系統(tǒng)的故障率 ,延長系統(tǒng)各元、附件的使用壽命。 2.4 確定控制系統(tǒng)設(shè)計方案 傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)中使用了大量的中間繼電器、時間繼電器。由于觸點接觸不良，容易出現(xiàn)故障，所以應(yīng)時代之要求，需要對系統(tǒng)進(jìn)行 PLC 控制。 現(xiàn)決定采用日本三菱公司生產(chǎn)的 FX 系列 PLC 進(jìn)行編程。 可編程序控制器根據(jù)操作者的指令，完成對換向閥等元件的控制，以控制每個執(zhí)行元件。可編程控制器具有很高的柔性和通用性，同時采用傳統(tǒng)的梯形性能可靠，操作維護(hù)直波紋管成型機的設(shè)計 7 觀、方便，具有以下特點 :油缸油壓控 制采用壓力控制，因而調(diào)節(jié)方便、可靠；因而調(diào)節(jié)操作簡單 ,控制精確；顯示和操作采用高性能和易操作的控制面板，操作、調(diào)節(jié)、簡單直觀 ；可實現(xiàn)手動、單動、自動等工作狀態(tài)，參數(shù)范圍大。當(dāng)故障發(fā)生時， PLC 做出相應(yīng)保護(hù)措施。 PLC 在滿足同樣控制要求的情況下，又不像計算機控制系統(tǒng)那樣復(fù)雜、難以掌握。有利于控制系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化、通用化和柔性化，縮短控制系統(tǒng)的設(shè)計、安裝和調(diào)試周期、降低測試產(chǎn)費用。 無錫太湖學(xué)院 學(xué)士學(xué)位論文 3 模具結(jié)構(gòu)的設(shè)計 3.1 概述 波紋管成型機生產(chǎn)出的波紋管主 要用于汽車的消聲器。模具是成型過程的主要裝備，也是整個裝備的重中之重。波紋管的幾何形狀、尺寸和精度是由成形模具來保證的。根據(jù)金屬變形規(guī)律、波紋管幾何形狀、尺寸、精度、成形力的大小和波紋管軸向彈性回彈等，設(shè)計成形模具。 除設(shè)計因素之外，波紋管很大程度上依賴于制造工藝，先進(jìn)的制造工藝是提高波紋管性能和質(zhì)量的重要保證。 整個模具裝備主要由模片、鏈條等部分組成。 3.2 設(shè)計依據(jù) A 本套設(shè)計依據(jù)汽車消聲器等特性設(shè)計。 B 本套設(shè)計以滿足汽車波紋管一次成型要求設(shè)計。 C 本套設(shè)備以符合相關(guān)管材的規(guī)范要求設(shè)計。 D 本套設(shè)備的制造、檢驗、安裝、使用均以滿足設(shè)備投資少、生產(chǎn)易控制。 圖 3.1 波紋管成型機模具 3.3 設(shè)計范圍及其設(shè)計方案 過去雙壁波紋管的直徑比較小，雙壁波紋成型機都采用 “履帶式設(shè)計 ”：把成對的成型模片一對接一對地固定在同步相對循環(huán)移動的兩履帶上，形成一排移動中的成型模片。有的兩履帶水平配置，如 UNICOR；有的兩履帶上下配置，如 CORMA。熱熔態(tài)的外壁就在壓力或真空的作用下形成波紋外管。波紋外管再和平直的內(nèi)管熔接成雙壁波紋管。 最近的技術(shù)發(fā)展是生產(chǎn)雙壁波紋管用成型機的 “梭式設(shè)計 ”。成對的成型模片不再 固定在履帶上，而是沿矩形軌跡循環(huán)移動。在成型工作區(qū)，成對模片是慢速移動；在離開工作區(qū)后模片沿外側(cè)軌道快速度返回。本套設(shè)備設(shè)計的范圍如前述組成部份，其間還包含了較多的項目。下面按各部件分述如下： 3.3.1 模具的工藝分析 工藝設(shè)計是一項復(fù)雜的、多層次、多任務(wù)的設(shè)計過程，它涉及的面較廣，影響著工藝波紋管成型機的設(shè)計 9 決策的因素也很多，金屬波紋管的試制涉及材料的精密塑性成形、熱 處理、表面處理、焊接、切削等多種工藝。根據(jù)研制的需要，對上述各工藝做出合理的設(shè)計，設(shè)計出技術(shù)上先進(jìn)可行的工藝。我設(shè)計的是雙壁不銹鋼波紋管，內(nèi)外層的鋼壁都是 焊接而成，但是焊縫不是在同一直線上，其成形工藝為油推水壓制成形。模具由凸模與凹模 2 部分構(gòu)成，對于同一件不銹鋼制品， 可設(shè)計出各種不同結(jié)構(gòu)形式的壓模 ， 壓模的結(jié)構(gòu)形式直接關(guān)系到制品質(zhì)量、模具制造成本及其使用壽命。波紋管在使用中被密封的構(gòu)件有一定的工作行程，構(gòu)件的最大行程和最小行程是模具充分伸張和緊合的長度。當(dāng)工作壓力較低時，波紋管的波褶要求深而窄；對于較高的工作壓力，設(shè)計時其波褶最好是圓而寬些。由于波紋管形狀結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，模具設(shè)計時要充分考慮其脫模的問題。我設(shè)計的 波紋管模具由 16 對水平對開的模片組成，模片之間用 一個個小的鏈條連接，沿一定的軌跡移動，模具閉合成圓形管子的成型腔，模具打開，使制品脫模，模具可由水或空氣冷卻。其成型過程為：從擠出機擠出管坯在一定的水壓下，經(jīng)過吹脹，使內(nèi)外壁分別貼合在成型模具和內(nèi)定徑棒上成型。模具伸張狀態(tài)為 414mm,模具緊合狀態(tài)為 284mm。 圖 3.2 模片 3.3.2 模具的結(jié)構(gòu)設(shè)計 3.3.2.1 成型腔的設(shè)計 成形波紋管部的工藝比較簡單 ,可采用通用的模體與芯軸式型腔 ,但芯軸的設(shè)計是 不銹鋼 零件成形后能否順利脫模的關(guān)鍵問題。 雙壁不銹鋼波紋管成型后，不再進(jìn)行機械加工。因此，模具中形成 波紋管徑向及軸向定位尺寸的模具尺寸必須十分精確，其尺寸可由下式確定： D=A(1 K) 式中 D模具內(nèi)腔尺寸 ,mm A波紋管尺寸 ,mm K材料的收縮 如果設(shè)計資料中沒有材料的收縮率，可先按波紋管零件尺寸設(shè)計模具內(nèi)腔尺寸，試模后精確測量制品尺寸，得出材料的收縮率后再按上式重新設(shè)計模具內(nèi)腔尺寸。 無錫太湖學(xué)院 學(xué)士學(xué)位論文 我設(shè)計的波紋管 模具長度的伸張狀態(tài)為 414mm，模具緊合狀態(tài)為 284mm。也就是 零件長度為 414mm，制品長度為 284mm，而零件直徑為 47mm，制品直徑為 60mm。 所以材料縱向的收縮率為： K=284/414=0.686 所以材料橫向的收縮率為： K=47/60=0.783 由 此可以得出：模具成型腔長度尺寸 D=284(1+0.686)=479mm 模具成型腔直徑尺寸 D=60(1+0.783)=107 mm 圖 3.3 波紋管制品 圖 3.4 波紋管零件 3.3.2.2 芯軸的設(shè)計 由于波紋管的形狀復(fù)雜，波褶相對較深，因此給模具設(shè)計造成困難，這里的關(guān)鍵就是為了更好地解決脫模困難的問題 。從圖 3.2 可知 ,波紋管的最大直徑 (峰徑 ) 與最小直 徑 (谷徑 ) 之比為 1.28,對于不銹鋼雙壁波紋管零件而言 ,當(dāng)峰谷比為 1. 2 1. 5 ,通常采用強制脫模方式 ,可以設(shè)計為整體式芯軸。芯軸定位采用芯軸兩端柱面周向和臺階軸向定位 ,在下模片的前后側(cè)加 2 塊定位板。由壓制成形工藝可知 ,裝模過程是在合模前先將零件放入型腔中 ,然后放上芯軸 ,上模下壓 ,進(jìn)而合模成形。上述設(shè)計的型腔只是零件成形時的型腔 ,零件放入后 ,芯軸必然會抬起 ,在隨后的合模成型過程中才能逐步復(fù)位至最終尺寸。因此 ,芯軸的初始定位必須充分考慮合模過程中其位置的變化 ,為保證成型結(jié)束時芯軸的準(zhǔn)確定位 ,將兩側(cè)的波紋管成型機的設(shè)計 11 定位板設(shè)計為高出下模片一定距離。另外 ,上下模片的定位采用簡單的導(dǎo)正定位銷定位 ，模片之間采用一個個小的鏈條聯(lián)接。考慮芯軸通常在高溫環(huán)境下使用 ,結(jié)合其使用壽命和熱處理變形程度要求 ， 芯軸選用 Cr12 鋼 ， 車削加工完成 ,調(diào)質(zhì)處理 3.3.2.3 模頭的設(shè)計 目前國內(nèi)外生產(chǎn)雙壁波紋管大多采用旋轉(zhuǎn)模頭，旋轉(zhuǎn)模頭的特點是：體積小，流道清潔，可以消除管材的內(nèi)應(yīng)力和清除管材的熔接痕。但由于雙壁波紋管生產(chǎn)工藝的原因，其模頭