圓錐體卷板機創(chuàng)新設(shè)計制作

馬中盛

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

關(guān)鍵詞：圓錐體卷板機、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?，如下圖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。

用特殊卷板機成型。過去市面上有兩種卷板機，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)染整機的企業(yè)，每年生產(chǎn)一二千臺染色機，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，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。的卷板機現(xiàn)場。觀看產(chǎn)品成型過程。

I：傳統(tǒng)圓錐圈板機成型原理。

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。這種卷機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也能卷錐體，這種卷板機的原理就是通過輥子大小端線速度不同達到錐體的目的。這種卷板機的參數(shù)顯示，小端直徑140mm，最大錐角25?，最大錐體長1800mm.

II：傳統(tǒng)圓錐圈板機的缺陷。

傳統(tǒng)卷板機由于結(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：

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

V：電機選型。

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：機器結(jié)構(gòu)。

我們這款機由下輥驅(qū)動機、上輥升降機構(gòu)、定心機構(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、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

該機打破了傳統(tǒng)卷板機的思維，采用一輥兩節(jié)，利用輥的轉(zhuǎn)差比完成了卷板機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

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[2] 王三民，諸文俊.機械原理與設(shè)計[M].北京：機械工業(yè)出版社，2014.