圓錐體卷板機(jī)創(chuàng)新設(shè)計制作

馬中盛

摘要：錐體專用卷板機(jī)顧名思義就是專門卷制錐形桶的卷板機(jī)，包括斜錐、偏心錐等異形工件，文章就圓錐體卷板機(jī)的創(chuàng)新設(shè)計制作進(jìn)行了簡要分析。

關(guān)鍵詞：圓錐體卷板機(jī)、成型方法、創(chuàng)新設(shè)計

一、金屬圓錐桶體的存在及傳統(tǒng)成型方法。

金屬圓錐桶體在我們?nèi)粘Ｉ钪衅毡榇嬖伲缦聢D就是一個不銹鋼的染料桶。

這個桶體看上起來很簡單，但是圓錐部分成型問題，卻一直困擾人們。過去這種錐形的成型一般有三種方法。

如下圖所示。放樣后延徑線用壓床一刀一刀的壓，壓完一圈就基本成型了。

這種方法不需要特別的工具但是非常費時，根據(jù)工件的大小和產(chǎn)品要求的精度不同壓的刀數(shù)不同，工件大的精度要求高的往往要壓幾十甚至上百刀。這種方法做出的產(chǎn)品表面精度比較底，生產(chǎn)效率底下，而且對操作工人的技術(shù)要求較高。

用模壓制成型。這種方法做出的產(chǎn)品精度很高，而且生產(chǎn)很高，但是模具費用高，如果產(chǎn)品品種和規(guī)格多前期投入費用巨大。所以這種方法只適合大批量的產(chǎn)品。

用特殊卷板機(jī)成型。過去市面上有兩種卷板機(jī)，一種是調(diào)節(jié)三條輥子的角度來成型。這種方法卷出的錐體錐角一般小于25?.而且錐體小端直徑大于140mm.第二種是三條輥子帶錐度。這種卷板卷出的錐體錐角小于20?而且錐體小端直徑大于140mm.而對于錐角大于25?和小端直徑小于140mm的錐體這兩種卷板機(jī)都無能為力。

二、我們公司產(chǎn)品簡介。

我們公司是一家生產(chǎn)染整機(jī)的企業(yè)，每年生產(chǎn)一二千臺染色機(jī)，染料桶是一種盛放染料的不銹鋼桶，我們公司的染料桶規(guī)格十幾種，我們的錐體小端直徑80～100.錐角90?～120?.市場上買不到合適的卷板機(jī)，因而一直采用第一種成型方法。染料桶錐體生產(chǎn)工序一直是我們公司生產(chǎn)部門最為頭的工序。生產(chǎn)量大時速度慢了完不成定單，速度快了又會出現(xiàn)質(zhì)量問題。

三、研制專機(jī)解決問題。

2015年公司交給我一個任務(wù)，要從根本上解決錐體生產(chǎn)工藝。接到任務(wù)后我多次到我公司一臺能卷25?，錐體小端直徑大于160mm。的卷板機(jī)現(xiàn)場。觀看產(chǎn)品成型過程。

I：傳統(tǒng)圓錐圈板機(jī)成型原理。

我們公司有一臺，能通調(diào)節(jié)三條輥子的角度來卷錐型桶體的卷板機(jī)。這種卷機(jī)卷錐體的原理就是通過調(diào)節(jié)三條輥子的角度，改變鈑金的受力從而改變鈑金兩端的移動速度達(dá)到卷錐體的效果。我通過上網(wǎng)檢資料在網(wǎng)上看見有一家公司有一款輥子帶錐度的卷板機(jī)也能卷錐體，這種卷板機(jī)的原理就是通過輥子大小端線速度不同達(dá)到錐體的目的。這種卷板機(jī)的參數(shù)顯示，小端直徑140mm，最大錐角25?，最大錐體長1800mm.

II：傳統(tǒng)圓錐圈板機(jī)的缺陷。

傳統(tǒng)卷板機(jī)由于結(jié)構(gòu)的原因，往往卷出錐體錐角很小，而且小端直徑較大，很多錐體卷不了。

III：設(shè)計構(gòu)想理論基礎(chǔ)及初步設(shè)計方案。

只要能讓鈑金在卷板機(jī)的輥子上兩端以不同的線速度運動，輥出的桶體就是錐體。我們公司染料桶的錐角在90?～120?.大小端線速度之比在8～15.因此只要我們能讓鈑金的大小端能在輥子上以8～15的線速度運行通過輥了的擠壓就能卷出我們需要的維體。傳統(tǒng)卷板機(jī)因為輥子是一條整體的無法做到。如果我們將輥子設(shè)計成兩節(jié)，分別輸入兩種速度就可以達(dá)到這個要求。初步設(shè)計方案如圖（1）所示的主動軸，圖（2）所示的從動軸均設(shè)計成兩段。兩條主動每條軸分為兩段，并別輸入動力源。從動軸無加動力。

IV：理論計算

卷板所需最大力矩。

卷板機(jī)工作時，需要將鋼板卷制成鋼管。此時材料所承受的力已全部達(dá)到屈服極限。因此如圖（b）所示。此時截面上的彎矩M為M=σsB2/4（KN*m）.式中B，--卷板機(jī)卷制鋼板的最大寬度和厚度。σs--材料的屈服極限（KNm-2）。

考慮材料變時存在強化，引入強化系數(shù)K對公進(jìn)行修正，則M=Kσs （KN*m）.式中強化系數(shù)，可取K=1.1～1.25， 較大時取大值。R—卷板中性層半徑（m）.

3.1：下輥驅(qū)動力矩。

我們設(shè)計的卷板機(jī)為下輥驅(qū)動，作用在下輥上的驅(qū)動力矩用于克服卷板變形扭矩Tn1和摩擦扭矩Tn2.鋼在卷板卷制過程中，存儲于鋼板AB段（圖a與圖c）的變形能為23M，所花費的時間為2R/V（V為卷板速度），兩者的比值等于變形扭矩Tn1的功率，即：.則Tn1=（KN*m）.而摩擦扭矩包括上、下輥與鋼板間的滾動摩擦力矩和輥子與軸套間的滑動摩擦力矩，可以用下式計算。

3.2：下輥驅(qū)動功率：

因為機(jī)器參數(shù)關(guān)系到公司機(jī)密具體數(shù)據(jù)不便透露。

V：電機(jī)選型。

根據(jù)計算的結(jié)果和實際要求我們選了兩款交流伺服電機(jī)并分別配上了減速箱以保證長短軸的轉(zhuǎn)速之比為12.

VI：機(jī)器結(jié)構(gòu)。

我們這款機(jī)由下輥驅(qū)動機(jī)、上輥升降機(jī)構(gòu)、定心機(jī)構(gòu)和控制系統(tǒng)組成。

如圖（e）所示，這部分由下長輥、下短輥、交流伺服電機(jī)、減速箱和齒輪等組成。

這部分由控制電箱和操作面板組成。

如圖（g）所示，操作面板中通過長短軸轉(zhuǎn)速比調(diào)節(jié)旋鈕可以卷出需要的錐角錐體。我們通過卷制公司產(chǎn)品得出一套針對我們公司產(chǎn)品的參數(shù)，當(dāng)工人拿到產(chǎn)品只需將機(jī)床調(diào)到相應(yīng)的參數(shù)就可以放心生產(chǎn)出合格的產(chǎn)品。

VII：產(chǎn)品卷制示意圖。

如圖（h）所示，我們這款機(jī)小端成品直徑94mm可以在上面旋轉(zhuǎn)。而實際上在卷制產(chǎn)品時，鈑金是敞開的，所以我們這款機(jī)通過側(cè)試可以卷出小端直徑70mm最大錐角148?的產(chǎn)品。

VIII：效益評估。

該設(shè)備設(shè)計費用12600元，制造費用33400元，外購件費用13823元，總計約59823元.

過去我們公司生產(chǎn)染料桶錐體采用壓床一刀一刀的壓，平均每個錐體要兩個工人40分鐘才能完成。而現(xiàn)在有了這臺機(jī)后一個錐體一個工人5分鐘就能完成。不僅如此，至從有了這臺機(jī)后我們的染料桶的質(zhì)量再也沒有客戶投訴了，錐體制作現(xiàn)場不僅沒有堆積現(xiàn)象，而是沒活干，工人經(jīng)常調(diào)到其它工位上幫忙。每個錐體節(jié)省工時75分鐘.以保守的估計我們公司每年平均生產(chǎn)1800個染料桶，工人工資成本以22.5元/小時。一年為公司節(jié)省資金H。

H=1800*1.25*22.5=50625元。

數(shù)據(jù)可以看出這臺機(jī)不僅解決了生產(chǎn)上的難體，基本上一年可收回成本。而且產(chǎn)品質(zhì)量也得以大幅提升。

結(jié)束語

該機(jī)打破了傳統(tǒng)卷板機(jī)的思維，采用一輥兩節(jié)，利用輥的轉(zhuǎn)差比完成了卷板機(jī)一次卷成大錐角錐體，不僅為公司解決了生產(chǎn)難題而且大大提高了生產(chǎn)效率和產(chǎn)品的質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)

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