CN102139293B - 金属锥管卷制机 - Google Patents

Abstract

金属锥管卷制机属于一种金属机械冷加工一次成型技术。在此之前金属锥管的成型方法只有非机械法(手工成型法)，或低级机械法(分块拼合与用直管卷制机附加模具后强行卷制法)而没有一次成型法。现用四项关键技术组成运用解决了这个问题。四项关键技术包括：1、支持主轴两端的轴承改为球形关节轴承；2、支持的托辊轴变为串排滚球轴承；3、主轴工作部分有一定锥度；4、用计算法加坐标图法解决数据的计算。此机械适用于金属及非金属的板材的锥管成型法。

Description

金属锥管卷制机

一、技术领域：金属板材的机械卷制加工成型

二、适用领域：主要适用于黑色金属板材的锥度管(含不完全锥管的曲面成型)的卷制加工；也可用于其它塑性金属板材(如：不锈钢、铜、铝、锌等板材)的卷制加工；还可用于非金属板材(如：聚乙烯等软塑性和厚塑纸板)等板材的锥度管成型。

三、背景技术：用专门的机械卷制较厚的金属板材使其成为锥度管件，长期以来一直是困惑机械加工设计者的难题。此前的金属管的成型方法大体有以下几种：

1、厚度t＜2毫米的锥管多为下料后手工敲打成型

2、将锥管分成为多块，在模具上加压成型后，再拼焊在一起而成型

3、在直管卷板机上，强行抬高轴一端，在下置模具的帮助下从板材一端向另一端逐步赶轧出锥形

以上这些方法都存在效率低，浪费材料(先做模具)操作麻烦和损伤机械设备等缺点。总之经济性很差。

四、发明内容；

采用多个单项措施，分别解决多个单项关键难题，然后再将其综合联系起来整体解决，才能实现。

多项难题及分别解决的单项措施如下：

主轴(主传动轴)两端应在一定范围内可以进行角度调整，其解决的措施是采用向心关节轴承(球型)解决之。

托轴(从动轴辊)应适应锥体母线不同线速度的需要，其解决的措施采用串排多个单列向心球轴承解决之。

主轴工作部分应对卷制锥度有一定适应性。即应具有一定较小锥度，这种适应程度视其企业的生产类型需要而定，其情况如下：

①如果是长期生产某一种锥管则其工作部分锥度可大体与锥管锥度相当即可。

②如果加工小锥度锥管(如锥度在20°以内)则可将主轴设计为无锥度或小锥度(5°-10°)即可

③如果加工一般20°-50°锥管则可将主轴设计为略小于20°即可

④如果加工大于50°锥管至某一较大锥度，则可将主轴工作部分设计为略小于50°即可，其最大可达到何锥度，则通过计算后再与机器的许可参数对照确定。

机器要有较大的角度适用范围。这就需要使用计算公式和坐标图确定，使其适应不同锥度的需要。其详细情况可按实例样机-金属锥管卷制机的说明书。

五、实例样机-金属锥管卷制机说明书

主要技术参数。

设计制式：3辊卧式卷制机(1个主轴辊，2个托辊)

卷制板厚：热板≤6mm    冷板≤4mm

锥体长度≤300mm；向心关节轴承转动角度±15°

主轴工作部分锥度22°

试例卷制规格以某单位产品的7种锥管为例

利用公式计算卷制时主轴各处的相应变化

①、计算卷制各规格锥管时主轴的工作部分-锥体部分的两端的垂直变化

其工作状态图析和几何尺寸分布可见说明书附图9

②、设备加工前的初始状态：主轴水平放置

主轴轴心线与下托辊轴心连线夹角为90°(在小端)

两下托辊在小端的轴心距为2L＝240mm

主轴距两托辊轴心连线平面距离为G＝120mm

下托辊直径φ130mm(即图中2r₂)

上图中：R-锥管半径 t-板厚(选为6mm) r₁-主轴相应处的半径

r₂-托辊半径 L-托辊小端中心连线的1/2

h-上下轴辊的垂直距离         h＝G-(R-r₁)

F-(直角三角形斜边)＝R+t+r₂   H-锥管各端升降尺寸

H＝G^/-h＝120-h

主轴水平状态时设定为零位。上移为↑，下移为↓

③、下面正式进行计算各规格锥管卷制时主轴工作部分相应点的变化

主轴工作部分尺寸分布简图可见说明书附图10

(1)、计算φ133×φ219×220卷制时主轴相应点的变化

i、小端φ133的变化    F＝133÷2+6+130÷2＝137.5

h＝67.13×(133÷2-110÷2)＝56

H＝120-56＝64          小端比原位下降64mm

ii、大端φ219的变化    F＝219÷2+6+130÷2＝180.5

此点托辊轴心距的1/2为138mm(以下连续3个规格与此同数)

h＝116-(219÷2-195.2÷2)＝104

此点主轴直径φ195.2mm(以下连续3个规格与此同数)

H＝120-104＝16        大端比原位下降16mm

(2)、计算φ159×φ273×219卷制时主轴相应点的变化

i、小端φ159的变化     F＝159÷2+6+130÷2＝150.5

h＝90.8-(159÷2-110÷2)＝66.3

H＝120-66.3＝54        小端比原位下降54mm

ii、大端φ273的变化     F＝273÷2+6+130÷2＝207.5

h＝155-(273÷2-195.2÷2)＝116

H＝120-116＝4           大端比原位下降4mm

(3)、计算φ219×φ325×219卷制时主轴相应点的变化

i、小端φ219的变化       F＝219÷2+6+130÷2＝180.5

h＝134.8-(219÷2-110÷2)＝80.3

H＝120-80.3＝40         小端比原位下降40mm

ii、大端φ325的变化      F＝325÷2+6+130÷2＝233.5

h＝188.4-(325÷2-195.2÷2)＝124

H＝124-120＝4            大端比原位上升4mm

(4)、计算φ273×φ377×250卷制时主轴相应点的变化

i、小端φ273的变化       F＝273÷2+6+130÷2＝207.5

h＝169.3-(273÷2-110÷2)＝88

H＝120-88＝32            小端比原位下降32mm

ii、大端φ377的变化F＝377÷2+6+130÷2＝259.5

此点托辊轴心距1/2为140mm，(以下4个规格与此同数)

主轴相应点处直径207.2mm(以下4个规格与此同数)

h＝218.5-(377÷2-207.2÷2)＝133.6

H＝133.6-120＝13.6      大端比原位上升13.6mm

(5)、计算φ325×φ426×250卷制时主轴相应点的变化

i、小端φ325的变化       F＝325÷2+6+130÷2＝233.5

h＝200.3-(325÷2-110÷2)＝92.8

H＝120-92.8＝27          小端比原位下降27mm

ii、大端φ426的变化      F＝426÷2+6+130÷2＝284

h＝247.1-(426÷2-207.2÷2)＝137.7

H＝137.7-120＝18     大端比原位上升18mm

(6)、计算φ377×φ530×250卷制时主轴相应点的变化

i、小端φ377的变化    F＝377÷2+6+130÷2＝259.5

h＝230-(377÷2-110÷2)＝96.5

H＝120-96.5＝23.5    小端比原位下降23.5mm

ii、大端φ530的变化   F＝530÷2+6+130÷2＝336

h＝305.4-(530÷2-207.2÷2)＝144

H＝144-120＝24        大端比原位上升24mm

(7)、计算φ430×φ630×250卷制时主轴相应点的变化

i、小端φ430的变化    F＝430÷2+6+130÷2＝286

h＝260-(430÷2-110÷2)＝100

H＝120-100＝20       小端比原位下降20mm

ii、大端φ630的变化   F＝630÷2+6+130÷2＝386

h＝360-(630÷2-207.2÷2)＝148.6

H＝148.6-120＝28.6    大端比原位上升28.6mm

④、各规格锥管卷制时最终关节处的变化。

小端关节可调±95mm，大端关节可调±80mm

现机械设计大端可上调60mm下调33mm

下面由坐标图看大小关节处的变化

(1)、确定各规格锥体的坐标点

小端数值坐标点＝小端直径φ110÷2+各规格此点的调整值。其数据如下：

i、55+64＝119  ii、55+54＝109     iii、55+40＝95   iv、55+32＝87

v、55+27＝82   vi、55+23.5＝78.5  vii、55+20＝75

大端数值坐标点＝大端直径φ195.2÷2+前3个规格此点的调整值。

              ＝大端直径φ207.2÷2+后4个规格此点的调整值。其数据如下：

i、97.6+16＝113.6   ii、97.6+4＝101.6  iii、97.6-4＝93.6

iv、103.6-13.6＝90  v、103.6-18＝85.6  vi、103.6-24＝79.6

vii、103.6-28.6＝75

(2)、制定坐标图并确定两端关节处的变化值。(见说明书附图11)

由坐标图可以看出卷制各种规格时关节处的变化值分别为：

小端关节变化值            大端关节变化值

i、64+4＝68  ↓             16-7＝9 ↓

ii、54+6＝60 ↓             4-10＝-6↑

iii、40+1＝41↓             4-2＝2  ↑

iv、32-2＝30↓             13.6-3.6＝10↑

v、27-3＝24↓              18-4＝14↑

vi、23.5-0.5＝23↓         24-1＝23↑

vii、20+0＝20↓            28.6+0＝28.6↑

结果：最大值68＜90在可调范围内    最大上调值28.6＜60，最大下调

                                  值9＜33也在可调范围内

六、附图说明：

1、图1是一个金属锥管卷制机样机的缩小总装图，也是图2至图7在图1中的位置排列图。

(1)、关于图中全部零部件的说明：

图中所用零部件分为3大类，并用不同符号加以区别。

①-

系机械加工零件序号，编号为1××

系圆钢之外的型材序号，编号为2××

1-86系外购标准件序号，编号为3××

(2)、图中用了3个减速机，代号分别用D₁、D₂、D₃代表，其技术资料分别为：

D₁减速机：X系列行星摆线针减速机，XWED-3322型，双级减速i＝731，

          输出转数为2转/分，输出扭矩22065N.m，功率5千瓦。

D₂减速机：X系列行星摆线针减速机，XLEJ-63型，双级减速i＝473

          输出转数为3转/分，功率3千瓦。

D₃减速机：X系列行星摆线针减速机，XLEJ-63型，双级减速i＝473

          输出转数为3转/分，功率1.5千瓦。

(3)、

“此段删除”

(4)、图中的缺陷：顶视图与主视图中心线未对正，左侧最多向右偏5mm。

2、图2是主视图。

3、图3是从A-A处看的右视图

4、图4是从B-B处观察的向视图

5、图5是顶视图

6、图6是从C-C看的向视图

7、图7是托辊(从动轴)的左、右视图及其下方支撑辊顶向视图

8、图8是CHX金属锥管卷制机传动示意图

(1)、序号说明：

①、⑤、⑦为摆线针轮减速机；②为钢丝绳；③为定滑轮；④、⑥螺旋副；⑧为重力平衡铁；⑨、

为齿轮组；⑩、

为球形向心关节轴承；

托辊；为主轴。

(2)、“此段删除”

9、图9是卷制各规格锥管时主轴锥体部分横截面垂直变化的理论形象图

10、图10是图11的实样形象示意图，也是主轴工作部分尺寸分布简图

11、图11是各规格锥管卷制时两端关节处的最终坐标值情况：

“此段删除”

12、图12是机械的电路原理图：

代号说明：QS₁-QS₄是空气开关；FU₁-FU₃是保险丝；FR₁-FR₃是热继电器；

SB₁-SB₆是控制按钮；KM₁-KM₆是接触器；M₁-M₃是电动机；○是指示灯。

13、图13是锥管母线调整装置图

(1)代号说明：

①盘径可变圆锥母线校正盘；②厚度可变挡圈；③套；④座

(2)“此段删除”

卷制操作：

入料方式。从上直接加压式。其方法是：将两端装有关节轴承的双臂抬起，再将板材摆正放于主轴下方的托辊上，然后向下降落双臂至板材初步压变受力为止。

一般卷制法。在前步的基础上，开始启动主电机，对板材进行往复加压进给，一般采用从大端往小端推赶加力，板材一般需经多次进给滚动，才能达到所需求的曲率半径，每次上轴辊的压下高度为5-10mm，最终达到计算出的上下轴辊的相对位置，使其达到符合要求的锥管。之后取下初步成形的锥管，按图纸要求对焊好，并将其内、外焊口处理好，使其平整光滑，之后，再装进卷管机进行规整成形，达到符合要求后，再取下即可。整形前、后的卸装时依靠小端的可折装进行。

注意事项：

①、成形过程的加力要从大端开始加力略大于小端，即小端处于欠到位状态并从大端向小端赶制成形。

②、注意锥管母线的同步，如敲击调整不行时，可在小端两侧装上锥管母线调整装置，以保证锥管母线与其理论中心轴线处于同一平面。此装置在总装图中未画出，再此说明书中予以补之，详图可见本文之后的附图。

③、为使操作过程顺利、省力，要注意机器的润滑。由于关节轴承及齿轮组的传动速度很低，采用半固态油脂(黄油)润滑即可。

设备润滑：

齿轮传动和螺旋副采用油脂润滑。关节轴承尽量使用含油粉末冶金材料。减速机按自身要求润滑。

机器占用空间

长×宽×高＝2100×1050×1500(mm)

请包装运输时予以考虑。

说明书附图

图1-7是总装图(缩小)和总装分拆图；图8是传动示意图；图9-10是主轴工作部分横截面垂直变化图即实样示意图；图11是主轴两端关节处坐标图；图12是电路原理图；图13是锥管母线调整装置图

具体实施方式

1、申请发明专利

2、按图加工样机-金属锥管卷制机

3、推广发明专利，将产品推向市场

零件图明细表(一)    表1

零件图明细表(二)    表2

零件图明细表(三)    表3

金属结构件明细表    表4

标准件、外购件明细表(一)    表5

标准件、外购件明细表(二)    表6

标准件、外购件明细表(三)    表7

Claims (1)

1.一种金属锥管加工成型方法，该成型方法采用三辊卧式卷制机加工，即一根主轴辊在上和两根托辊在下，其特征在于：

(1)、主轴辊两端采用向心关节轴承支承，使其在一定范围内可以进行角度调整；

(2)、托辊采用串排多个单列向心球轴承支撑以适应锥管的锥体母线不同线速度的需要；

(3)、主轴辊工作部分对卷制锥度有一定适应性，具体如下：

①长期生产某一种锥管，则其工作部分锥度大体与锥管锥度相当；

②加工锥度＜20°锥管，则将主轴辊设计为无锥度或锥度5°-10°；

③加工20°-50°锥管，则将主轴辊设计为锥度小于20°；

④加工大于50°锥管至某一较大锥度，则将主轴辊工作部分设计为锥度小于50°；

(4)、根据计算公式和坐标图对向心关节轴承进行调整：

①、首先进行公式计算卷制时锥管大小端的相应变化；

$h=\sqrt{{(R+t+r_2)}^2-L^2}-(R-r_1)$

其中h-主轴辊与两托辊的垂直距离，单位：mm；R-托辊半径，单位：mm；t-板材厚度，单位：mm；r₁-主托辊的半径，单位：mm；r₂-托辊的半径，单位：mm；

L-两托辊小端中心连线的1/2，单位：mm；

H＝G^/-h，其中H为锥管大小端的升降尺寸，单位：mm；G^/-轴辊距两托辊轴心连线的平面距离，单位：mm；

②、通过计算的锥管大小端的升降尺寸H来确定其坐标点，初绘坐标图；

③、最终确定向心关节轴承位点的位置点；

根据计算出的锥管大端、小端的坐标点将其连为线段，将该线段向两端延长至两向心关节轴承坐标点，该点即为两端轴承所需位置点，根据此点进行金属锥管加工成型设备调试。

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