彎管機(jī)的設(shè)計(jì)與驗(yàn)證

鄧劍波

（佛山市南海九洲普惠風(fēng)機(jī)有限公司，廣東　佛山　528000）

彎管機(jī)的設(shè)計(jì)與驗(yàn)證

鄧劍波

（佛山市南海九洲普惠風(fēng)機(jī)有限公司，廣東佛山528000）

彎管機(jī)被廣泛地應(yīng)用于工程和制造業(yè)中，基于此，闡述彎管機(jī)的主軸、傳動(dòng)和彎管力矩等關(guān)鍵要素的設(shè)計(jì)計(jì)算，并引入CMK和CPK等指數(shù)驗(yàn)證彎管機(jī)穩(wěn)定性和彎管生產(chǎn)過(guò)程能力。

彎管機(jī)；設(shè)計(jì)；驗(yàn)證；CMK；CPK

彎管機(jī)被廣泛應(yīng)用于工程和制造業(yè)中，例如佛山市南海九洲普惠風(fēng)機(jī)有限公司風(fēng)機(jī)產(chǎn)品的機(jī)架，由圓管彎曲成特定形狀。本文介紹彎管機(jī)主要結(jié)構(gòu)和關(guān)鍵點(diǎn)的設(shè)計(jì)過(guò)程，并運(yùn)用了設(shè)備CMK和生產(chǎn)過(guò)程CPK來(lái)驗(yàn)證設(shè)計(jì)是否合理。CMK即是設(shè)備能力指數(shù)，評(píng)價(jià)設(shè)備能否達(dá)到使用要求及其穩(wěn)定性；CPK即是過(guò)程能力指數(shù)，評(píng)價(jià)生產(chǎn)過(guò)程能力穩(wěn)定性［1-2］。

1　彎管機(jī)結(jié)構(gòu)介紹

彎管機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖見(jiàn)圖1，電機(jī)6通過(guò)V帶輪7和減速機(jī)9二級(jí)減速，帶動(dòng)主軸8轉(zhuǎn)動(dòng)，主軸帶動(dòng)轉(zhuǎn)模3轉(zhuǎn)動(dòng)。夾緊模2配合轉(zhuǎn)模3一起夾緊管材1一端，靠模4靠住管材1另一端，轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)模3，管材即可彎曲出既定形狀。

圖1　彎管機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖

2　設(shè)計(jì)要點(diǎn)

管材彎曲過(guò)程中，不同管材的外徑和厚度，以及不同的彎曲半徑直接導(dǎo)致管材彎曲力矩不同。因此，彎管機(jī)的設(shè)計(jì)首先需要計(jì)算確定管材彎曲力矩，其大小直接關(guān)系到電機(jī)功率大小和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的選型等。

2.1管材彎曲力矩計(jì)算

管材彎曲力矩由多個(gè)因素決定，其中有管材外徑、管材厚度、彎曲半徑和管材的材料力學(xué)特性等。管材彎曲力矩可以由公式（1）（2）進(jìn)行估算。

式（1）（2）中，M為管材彎曲力矩（N·m）；W為管材抗彎斷面系數(shù)（mm3）；σb為管材抗彎強(qiáng)度（MPa）；D為管材外徑（mm）；d為管材內(nèi)徑（mm）；ρ為管材彎曲半徑（mm）；μ為彎曲系數(shù)，μ取決于管材彎曲方式和管材表面狀態(tài)，更取決于是否有芯棒、芯棒類型、位置和形狀等。一般情況下，μ取3～8。

本文所述彎管機(jī)用于彎曲管材外徑32mm，厚度1.8mm，彎曲半徑62mm，材質(zhì)為Q235，將相關(guān)參數(shù)代入公式（1）（2）計(jì)算得彎曲力矩為2 795N·m。

2.2電機(jī)選型

彎管機(jī)工作過(guò)程中主要受管材彎曲力矩影響，因此，可以認(rèn)為管材彎曲力矩就是彎管機(jī)的轉(zhuǎn)矩負(fù)載。負(fù)載功率由公式（3）計(jì)算得出：

式（3）中，P為負(fù)載功率（KW）；T為負(fù)載轉(zhuǎn)矩（N·m），主要負(fù)載為管材彎曲力矩，負(fù)載轉(zhuǎn)矩T估算等于管材彎曲力矩M；n為主軸轉(zhuǎn)速（r/min）。

彎管機(jī)傳動(dòng)方式為電機(jī)通過(guò)V帶傳動(dòng)至減速機(jī)，減速機(jī)也主軸之間通過(guò)聯(lián)軸器帶動(dòng)主軸轉(zhuǎn)動(dòng)，繼而主軸帶動(dòng)轉(zhuǎn)模轉(zhuǎn)動(dòng)。電機(jī)功率計(jì)算見(jiàn)公式（4）：

式（4）中，P0為電機(jī)功率（kW）；η1為V帶傳動(dòng)效率；η2為減速機(jī)傳動(dòng)效率；η3為聯(lián)軸器傳動(dòng)效率；η4為軸承傳動(dòng)效率。

本文所述彎管機(jī)選用6極電機(jī)，即電機(jī)輸出的轉(zhuǎn)速為960r/min，經(jīng)過(guò)V帶輪和減速機(jī)減速后主軸輸出的轉(zhuǎn)速為4r/min。根據(jù)公式（3）（4）計(jì)算并最終選擇3kW的6極電機(jī)。

3　彎管機(jī)驗(yàn)證

彎管機(jī)經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)和制造后，需要對(duì)其性能進(jìn)行評(píng)估和驗(yàn)證。其中的驗(yàn)證項(xiàng)目有：是否達(dá)到了使用要求；機(jī)器生產(chǎn)過(guò)程中是否穩(wěn)定；所加工零件尺寸和參數(shù)是否達(dá)到工藝要求；生產(chǎn)出的零件質(zhì)量是否穩(wěn)定等。在此使用設(shè)備的CMK指數(shù)驗(yàn)證設(shè)備穩(wěn)定性，使用生產(chǎn)過(guò)程CPK指數(shù)來(lái)驗(yàn)證機(jī)器生產(chǎn)過(guò)程零件質(zhì)量的穩(wěn)定性。

3.1電流CMK驗(yàn)證

對(duì)于彎管機(jī)而已，電機(jī)是否選擇合適，工作狀態(tài)是否穩(wěn)定，可以通過(guò)跟蹤生產(chǎn)過(guò)程中電機(jī)電流的大小來(lái)評(píng)估驗(yàn)證，通過(guò)計(jì)算電流的CMK指數(shù)來(lái)評(píng)估設(shè)備的穩(wěn)定性。

考量電機(jī)選擇是否合適，需要看電流是否超過(guò)一定的范圍。一般情況下，工作電流處于額定電流的30%～140%，可以認(rèn)為電機(jī)選擇基本上是合適的。工作電流低于額定電流的30%，代表電機(jī)選大了；而工作電流大于額定電流的140%，則代表電機(jī)超負(fù)荷運(yùn)動(dòng)，電機(jī)選小了。表1是彎管機(jī)彎管過(guò)程中電機(jī)電流的統(tǒng)計(jì)表，共30組（CMK驗(yàn)證采用的數(shù)據(jù)應(yīng)不少于30組）。從中可以看出最小電流為4.53A，為額定電流的61%（額定電流7.4A），在合理范圍內(nèi)；另外，最大電流為5.96A，為額定電流的81%，也是在合理范圍內(nèi)。因此，可以認(rèn)定電機(jī)功率選擇是合適。

表1　電機(jī)電流統(tǒng)計(jì)表

3.2彎曲角度CPK驗(yàn)證

除了驗(yàn)證電機(jī)功率選擇是否合適外，還應(yīng)對(duì)機(jī)器運(yùn)動(dòng)過(guò)程是否穩(wěn)定進(jìn)行驗(yàn)證。本文采用計(jì)算彎管機(jī)彎管過(guò)程中電流的CMK來(lái)評(píng)估機(jī)器穩(wěn)定性。

表2　彎曲角度統(tǒng)計(jì)表

彎管機(jī)彎管質(zhì)量是其過(guò)程能力的一個(gè)重要考量，零件加工尺寸和參數(shù)是否達(dá)到工藝要求，以及生產(chǎn)出的零件質(zhì)量是否穩(wěn)定都是需要驗(yàn)證的內(nèi)容。以下介紹對(duì)彎管機(jī)管材彎曲過(guò)程中彎曲角度的CPK驗(yàn)證。

表2為彎曲角度統(tǒng)計(jì)表，共30組（CPK驗(yàn)證采用的數(shù)據(jù)也應(yīng)不少于30組）。本文所述彎管機(jī)該彎曲角度為58°± 1°。從表2可知，彎曲角度最大值為58.7°，最小值為57.3°，均在其公差范圍內(nèi)。因此，彎管機(jī)的彎曲質(zhì)量是合格的。

4　結(jié)語(yǔ)

彎管機(jī)關(guān)鍵要點(diǎn)的設(shè)計(jì)和驗(yàn)證是其開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)過(guò)程的關(guān)鍵，設(shè)備能力指數(shù)CMK和過(guò)程能力指數(shù)CPK的引入對(duì)機(jī)器性能的驗(yàn)證是有效的，值得更深一層次地對(duì)其進(jìn)行研究，將其運(yùn)用到機(jī)械產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)工作中。

［1］孫靜，王勝先，楊穆?tīng)?過(guò)程能力分析［M］.北京：清華大學(xué)出版社，2013.

［2］成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)［M］.5版.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2007.

Design and Verification of Pipe Bending Machine

Deng Jianbo
（Foshan Nanhai Jiuzhou Fan Pratt&Whitney Co.Ltd.，F(xiàn)oshan Guangdong 528000）

Pipe bending machine is widely used in engineering and manufacturing.Based on this，this paper described the design and calculation of the key elements of the main shaft，transmission and bending moment of the pipe bending machine，and the CMK and CPK were introduced to verify the stability of the pipe bending machine and the capacity of the bend pipe production process.

pipe bending machine；design；verification；CMK；CPK

TG315.5

A

1003-5168（2016）07-0056-02

2016-06-08

鄧劍波（1986-），男，本科，機(jī)械助理工程師，研究方向：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化。