1、引言全套图纸，加 153893706随着现在国家经济发展，空调已经进入了人们家庭，而空调系统作为影响生活舒适性的主要总成之一,为生活提供制冷、取暖、除霜、除雾、空气过滤和湿度控制功能。现在国内是空调设备仍属于专用设备，其技术和方法也很单一，并却有些设备和技术仍需采用国外的。管端成型作为空调设备不可缺少的重要环节之一，国内专门制造用于管端成型的通用机床比较少，大多数都是专用机床，生产效率比较高，但是灵活性小，对于不同管件的加工具有一定的局限性。目前国内胀管法主要分为机械成型,管端偏心回转成型,利用NC 工作机的管端成型,无模成型四种方法。基于经济性和结构考虑，本课题研究的管端成型机采用机械胀管的
2、方法，并且机械胀管法比较普遍，容易实现工作要求，原理简单易操作。本机是一种可以适应不同管件成型加工的通用机床，并且在不需要进行大批量生产的情况下，代替了小批量单件生产时的手工管端成型，而且可以节省时间和生产消耗，提高单件的生产效率，及时满足产品零部件的需要。管端成型机用于空调热交换器铝管的端部成型处理,即通过冲压或旋压的方式将铝管或铜管的端部扩口或缩口,加工成所需的管端形状，后用于空调器热交换器或汽车空调热交换器的管端连接。该机用于将铝管或铜管管端加工成杯状、喇叭状，适用于批量生产，可以完成直径为 9.42X1.2、 9X1.2、 12.6X1.2、15.8X1.2、 19.1X1.2mm 铝
3、管或铜管的胀形加工，而且也可满足其它材料管件的胀形加工。目前，国内专门制造用于管端成型的通用机床比较少，大多数都是专用机床，生产效率比较高，但是灵活性小，对于不同管件的加工具有一定的局限性。因此，有必要设计这样一种可以适应不同管件胀形加工的通用机床，并且在不需要进行大批量生产的情况下，代替了小批量单件生产时的手工胀管，而且可以节省时间和生产消耗，提高单件的生产效率，及时满足产品零部件的需要。由于本机的工作循环周期较短，运动方向变化频繁，使本机所承受的交变应力较明显，因此对于本机工作部分的强度要求较高。因此本课题设计的这一产品具有较高的使用价值和普遍性。1、管端成型机总体结构方案拟定1.1 目前
4、管端成型技术的几种方法目前国内管端成型方法主要分为机械成型、管端偏心回转成型、利用 NC 工作机的管端成型、无模成形四种方法。管料加工成品如图所示的产品，该产品主要应用于空调机热交换器或汽车空调热交换器的管端连接。图 1-1 成型管端Figure1-1 formation jet1.1.1 机械成型机械成型主要是应用液压系统来控制机械部分的动作，来实现对管端进行冲压成型的一种方法。1.1.2 管端偏心回转成型该成型方法中，模具的包络角与模具半角相同，模具的轴线与钢管的轴心偏离一定的距离，它适合于钢管的缩口。偏心量与管端缩口量、模具半角有关。管端不规整变形程度与模具接触钢管的面积率有关，面积率越
5、小，越能控制回转成形过程。偏心回转成形适合于管材缩口成形的成形前期；成形末期一般采用摇动回转成型。当侧壁具有约束导板时，可实现缩口率 达 68%的内法兰成型。1.1.3 利用 NC 工作机的管端成型NC 工作机进行管端成形，是利用往复运动的半球形工具逐步使管端成型，以获得所需的管端形状。圆管固定在水平的工作台上作平面运动，半球形工具沿垂直方向运动，与管材的转动相配合，形成了管端部成型曲面。这样，即可得到非对称形状的管端。例如。正多边形锥台体的端部，四角形异形管的扩口端部等。同时，也可以实现非管端部的局部缩径加工与切断加工。因而，它是一种柔性较大的管端成形过程，此法与旋压成形原理相同，但工具形状
6、不同。1.1.4 无模成型管端无模成型，使用两个既是坯料又是成形工具管坯。首先，用高频感应加热管坯，然后将其头部互相接触并旋转，即可实现管端缩口加工。这种成形过程实际上是利用两个管坯相对运动而产生的摩擦热而成形。此法已应用于高铬合金管端部成型。此外，近年来国外还开发出利用高频感应局部加热使钢管壁厚增加的装置。当在该装置垂直方向施加力的作用时，该力可传递到水平管端上，使管材壁厚增加。利用高频感应加热进行管端型锻成型过程是通过型砧上下、左右移动，以及钢管的旋转，可以实现钢管端部的变壁厚加工。目前，国外已经开发出能够控制芯棒的轴向力，金属沿轴向和径向流动，以及确保钢管轴向壁厚分布的变壁厚加工 CNC
7、 型锻机，可以得到高质量、高尺寸精度的管端。1.2 管端成型方法选定对以上几种管端成型的方法从性价比方面进行比较。基于经济性与结构性考虑，本课题研究的铜管管端成型机采用机械成型的方法比较经济，结构简单，并且机械成型方法比较普遍，容易实现工作要求，原理简单易操作。1.3 管端成型机构的组成图 1-2 旋转式冲压管端成型机总体机构图Figure1-2 Rotary system ramming jet shaper overall organization chart该设计管端成型处理机构由旋转成型成形主机和液压站构成。旋转成型主机由机架体、驱动旋转液压缸的驱动电机、带传动装置、旋转冲压装置、夹紧
8、装置、定位装置，带传动装置由大小连个带轮和传动带构成，旋转冲压装置由旋转液压缸、三爪卡盘、缩口器和扩口气构成，夹紧装置由定位块、夹紧油缸、连接体、上模块和下模块构成，定位装置有定位油缸和定位体（F 型定尺挡块）构成。三个液压缸均由液压系统控制，并分别固定在机架体上。机架体为焊接体；为了满足不同规格管件的要求，胀头、胀套和夹紧块可以配套更换。由于生产周期较短，胀头和胀套承受了较大的交变应力，非常易于损坏，所以需要及时更换。液压站由液压控制装置、液压动力源、油箱构成，这两者直接安装在油箱顶表面。液压控制装置由液压控制阀均和集成块组构成，通过集成块内部的通油孔道来实现功能。集成块通过管接头与管道和执
9、行器连接。液压动力源由电动机和液压泵构成，二者直接通过联轴器连接，其轴的中心高可由电动机下的调整垫块来实现。该机结构简单，体积较小，容易拆装和搬运。1.4 管端成型机构的工作原理以手动方式进行送料。通过定位油缸（F 型定尺挡块）进行定位（F 型定尺挡块与尺寸定长油缸活塞杆端部连接，挡块伸出后，将工件放入夹紧模时，让其端面接触挡块定位面，工件夹紧后挡块复位，以此保证成形前的管端预留长度） 。通过夹紧部分将工件进行夹紧（夹紧模分上、下两部分，下模安装在主机机架上，上模与夹紧油缸活塞杆连接，非工作状态时上、下模分开，工作时将工件置于夹紧模中，油缸夹紧，将上、下模合在一起，工件被夹紧。 ）最后通过冲模
10、部分将铜管管端以冲压成型的方法进行成型：一个完整的成形过程由不同的冲模（冲头） 、夹紧模组合完成。不同的成形管端形状需不同的、数量不等的冲模和夹紧模且成形次数 1-2 次不等，并且其中还有需要更换冲模（冲头）和其对应的夹紧模。管端成型机的工作过程,包括将工件定位、夹紧、冲压和整机冲头工作位置四项主要动作。管端成型机的一个作业循环的组成包括:a定位工件以手动方式送入夹紧模具体，通过定位油缸推动定位体将工件进行定位。b夹紧将定位好的工件通过夹紧油缸推动夹紧模具进行夹紧c旋转冲压 定位油缸退回，由冲压油缸推动滑块体、冲头进行冲压成型。工作结束后各油缸复位。本机有独立的液压站，提供夹紧油缸、定位油缸、
11、旋转冲压油缸所需动力 。在电控系统 PC 机的控制作用下来完成各工序动作，实现整个自动循环。从而实现了对铝管（或铜管）的管端加工出需要的形状，对于不同的形状只要更换相应的模具就可以完成整个管端成型的过程。1.5 设计技术要求及规格、性能1、处理管径（铜管或铝管）：8X1mm； 9.5X1.2mm；12.7X1.2mm； 15.8X1.2mm； 19.1X1.5mm。2、循环节拍：小于 18 秒（即一个二位自动循环） 。3、工作方式：旋转冲压方式。4、操作方式：手工上料. 自动成形。5、操作回路；220V AC6、电源容量；380V 15A （三相四线制） 。7、工作压力：4.5Mpa。8、外形
12、尺寸；1300mmX1230mmX1500mm。管端成型机一般工作在工厂内部,因此工作环境较好,这样对液压系统、执行元件的强度要求不高，对密封条件要求也不是很高。只要满足工作条件即可2、旋转冲压主机设计 2.1 旋转冲压主机整体结构的一般布置旋转式管端成型机的整体其中包括液压站和旋转冲压主机两部分。旋转冲压主机的结构如图 2-1 所示，组成主机的零部件很多，主要由旋转冲压缸、驱动电机、带传动装置、机架、三爪卡盘、扩口器、缩口器、工件定位块、夹紧缸、夹紧模、定位体等组成。图 2-1 旋转冲压主机Figure 3-1Rotary system ramming jet shaper overall
13、organization chart2.4 旋转冲压主机工作原理先有手动送料进入模具再，动操作屏的夹紧按钮夹紧缸开始向下运动，带动连接块从而带动上模块固定管料，然后按动定位油缸按钮，启动定位油缸带动 F 型挡块运动到预定的定位位置并调整管料伸出长度，待调整好后退回 F 型挡块，再调整夹紧缸使其夹紧稳固，待夹紧后启动冲压油缸同时启动驱动电机，再由带传动带动旋转油缸旋转，并进行冲压动作，使其管端成型，并重复上述动作。2.2 驱动电动机选择由旋转液压缸的额定功率 P=2.5kW,额定转速 v=1000r/min,再考虑到安装方式及价格经济性等方面，即选用 Y100L2-4 型电动机，其额定功率为 P
14、=3kW,额定转速 v=1420r/min,中心高 H=100mm，外伸周段 DE=28mm60mm。2.3、带传动设计2.2.1 设计功率(2-1)PKAd=1.23=3.6 kw 式中：K A工况系数；P电机额定功率；表 2-1 工况系数 KATable 2-1 operating mode coefficient KAKA软启动 负载启动每天工作小时数 h工况16 16载荷变动小带式运输机，发电机，金属切削机床，印刷机，锯木机和木工机械1.1 1.2 1.3 1.2 1.3 1.42.2.2 带型确定根据 Pd=3.6kW 和 n1=1420r/min,查普通 V 带选型图选为 B 型。
15、2.2.3 传动比 i(2-2)21ni04=1.42式中：n 1 电机额定转速；n2 旋转液压缸额定转速；2.2.4 小带轮基准直径参照表 3.2 选定 dd1=125mm；表 2-2 V 带最小基准直径 ddmin mmTable 2.2 V belt smallest datum diameter ddmin mm带型 Y Z A B C D Eddmin 20 5. 75 125 200 355 500大轮基准直径 dd212di(2-3)=1251.42=177.5mm查标准 V 带轮的基准直径系列表得 dd2=180mm。2.2.5 旋转液压缸实际转速 2n(2-4)21d8054
16、=986 r/min3.2.6 带速 v(2-5)106ndv425=9.29 m/s此速度在 520m/s 之间，即带速符合要求。2.2.7 初定轴间距按要求取 a0=500mm2.2.8 所求带准长度 0dL(2-6)02121042addad 5852=1480.4mm查标准 V 带长度系列表得 Ld=1400mm2.2.9 实际轴间距 a(2-7)200dLa14.85=540mm安装时所需最小间距(2-8)dLa015.min=540-0.0151400=519mm张紧或补偿伸长所需最大轴间距(2-9)dLa02.mx=540+0.021400=568mm2.2.10 小带轮包角 1
17、a(2-10)3.5780121ad.4=176.22.2.11 确定单根 V 带的基本额定功率 P1根据 dd1=125mm 和 n1=1420r/min 由表 2-3 查得 P1=2.18kw表 2-3 单根普通 V 带的额定功率 P0 kwTable 2-3 simple root ordinary V belts rated power P0 kw小带轮转速 n1(r/min)带型小带轮基准直径dd1(mm) 400 730 800 980 1200 1460B1251401601802000.841.051.321.591.851.341.692.162.613.051.441.82
18、2.322.813.301.672.132.723.303.861.932.473.173.854.502.202.833.644.415.152.2.12 额定功率增量 0P(2-11)ibkn10 1036.4269.23=0.28kw式中：K b弯曲影响系数；Ki传动系数。表 2-4 弯曲影响系数 Kb 表 2-5 传动系数 KiTable 2-4 curving influence coefficient Table 2-5 static gearing ratio Ki类型 数值Y 0.020410-3Z 0.173410-3A 1.027510-3B 2.649410-3C 7.5
19、01910-3D 26.57210-3E 49.83310-3传动比 Ki1.191.24 1.07191.251.34 1.08751.351.51 1.10361.521.99 1.12022.00 1.13732.2.13 确定 V 带根数 z(2-12)LadKPz0196.28.3=1.99取 2 根。式中：K a包角系数；KL长度系数；表 2-6 包角系数 Ka Table 2-6 arc of contact coefficient Ka小带轮包角（ ） 180 175 170Ka 1 0.99 0.96表 2-7 长度系数 KLTable 2-7 coefficient of
20、length KL基准长度 Ld(mm) A100011201250140016000.890.910.930.960.992.2.14 确定单根 V 带的预紧力 0F(2-13)2013.5qvKzvPFac29.170926=154 N式中：qV 带每米长度的质量；表 2-8 每米长度 V 带质量 q kg/mTable 2-8 each meter length V belt quality q kg/m带型 Y Z A B C D Eq 0.02 0.06 0.10 0.17 0.30 0.62 0.902.3 零部件设计2.3.1 加紧部零件结构图1、夹紧块外形如图 2-2 所示:上
21、、下夹紧块是相互配合抱紧工件实现对工件的轴向和径向定位,其尺寸和要求一样。上夹紧块较下夹紧块短，可以节省材料，减小夹紧缸活塞杆承受的惯性力。装夹工件时，铜管可以顺着下夹紧块滑到胀套的外径，方便省事，提高生产效率。卡模块强度验算：已知夹紧力 F=20000N,工作截面 A，工件与夹紧模的接触面的正应力 可按下式计算(2-14)AF其中管径选最大值即 d=19mm, 则 ，217548.2914.3602md将数值代入公式(3-14)得 1754=11.4MPa材料的许用应力为（2-15MPnsb1435）式中 安全系数sn接触面的正应力 ,即为大柔度压杆时，稳定力为：1(3-17)2KEIFL2
22、5623.14.06.710()（N）5.式中 为长度折算系数，对于两端铰接约束方式 一般取 1； f. 油缸最大闭锁力= (3-18)maxF24gPD2.5310（N）50.4式中 油缸最大闭锁压力；gPg. 稳定系数(3-19)maxKFN谢文斌:旋转式管端成型机结构设计3053.104=8.3因为 NK1 由此可见，稳定性可以满足要求。3.7 夹紧液压缸计算3.7.1 计算作用在夹紧缸活塞上的总机械载荷 F由于该机工作时工件主要承受径向载荷，因此夹紧力应适当取值。根据经验此处可取夹紧力为 20000N，即外载 F=20000 N。3.7.2 夹紧液压缸内径尺寸 D 计算214()Fp式
23、中：F 工作油缸总载荷， N。P1工作压力， MPa。P2回油腔压力，即系统背压力，MPa。杆径比 。Dd/表 3-1 按载荷选择工作压力Table 3-1 press the load choice working pressure表 3-2 执行元件背压力Table 3-2 functional element back pressure系统类型 背压力 Mpa简单系统或轻载节流调速系统 0.20.5回油带调速阀的系统 0.40.6回油路设置有背压阀的系统 0.51.5用补油泵的闭式回路 0.81.5回油路较复杂的工程机械 1.23回油路较短，且直接回油箱 可忽略不计表 3-3 按工作压力选取 d/D载荷 104N 0.5 0.51 12 23 35 5工作压力 Mpa 0.81 1.52 2.53 34 45 57
