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1、毕 业设计（论 文）开 题报告1文献综述：结合毕业设计（论文）课题情况，根据所 查阅的文献资料，每人撰写2500字以上的文献综述，文 后应列出所查阅的文献资料。文献综述0引言世界各工业发达国家通过发展数控技术、建立数控机床产业，促使制造业跨入一 个新的发展阶段，给国民经济的结构带来了巨大的变化。数控机床是世界第三次产业 革命的重要内容，它不但是机电工业的重要基础装备，还是汽车、石化、电子和现代 医疗装备等产业现代化的主要手段。虽然数控机床产业本身的产值远不如汽车、化工 等产业，但高效的数控机床给制造业带来了现代化的生产方式以及高倍率的效益增长， 这是促进国民经济发展的巨大源动力。特别是数控技术
2、在制造业的扩展与延伸所产生 的辐射作用和波及效果，足以给机械制造业的产业结构、产品结构、制造方式及管理 模式等带来深刻的变化。20世纪90年代末以来，伴随着西部大开发和推广使用天然气，我国开展大规模 的西气东输管道工程，为国内管道施工机械行业的发展提供了前所未有的机遇。冷弯 管机管道建设工程中必要的机械设备，它能够按照地形将钢管冷弯出符合设计要求的 曲率径。在西气东输管道工程中，冷弯管是将管道直接进行物理弯曲，管道材质没有 破坏性变化，因此在长输管道建设中具有独特的优势1 2。一般来说，在航空航天业，所需的管材弯曲件数量少、弯曲变形大、加工精度要 求很高；在汽车行业，则需要大批量的管材弯曲件，
3、如汽车消声器管；而在锅炉、电 力等行业，则要求弯曲件具有较小的弯曲半径；在船舶制造业，其所需的管材弯曲件 数量多、尺寸大，具有多品种、单件生产的特点。如一艘万吨级散货船的管子数量要 达一万根左石，其中许多管子需要经过弯曲加工，而管子弯曲加工的时间和质量对整 个的船舶建造周期有着举足轻重的影响。据统计，管子的制造和安装工时，约占整个 船舶建造总工时的10%左右。当船舶吨位和导管增加时，船舶管系工程对船舶建造周 期的影响就会越来越大，因此，提高管材的弯曲加工质量和加工效率对缩短船舶建造 周期和降低生产成本有着十分重要的意义随着社会的发展，各行各业对各种型号弯管的需求会迅速增长对管材弯曲成形精 度要
4、求也会越来越高，这一切促使人们对管材弯曲加工工艺及加工设备进行深入的研 究。美、英、日、德等工业发达国家纷纷开发研制计算机数控(CNC )弯管加工设备， 同时资助管材弯曲加工工艺的理论及实验研究，并在实际应用中取得良好的经济效、人益。然而，我国的管材弯曲加工设备与加工技术的研究与应用仍远远落后于当今世界先进 水平，远远不能适应我国工业生产和国防的需求，致使我国许多企业不得不花费大量 资金引进国外先进的管材数控弯曲加工设备。为了满足社会主义现代化建设事业发展 的步伐，特别是船舶、汽车等行业对管材弯曲件需求的飞速增长，提高我国船舶管材 弯曲加工的生产水平和自动化程度，有必要开发适合我国国情的高性能
5、的管材弯曲加 工设备。同时，为提高管件弯曲成形精度，解决管材弯曲加工流水线生产中实施“无 余量弯管”及“先焊后弯”等新工艺的技术难题，对弯管成形工艺进行深入的理论与 实验研究，更好地配合CNC弯管机的使用，提高弯管机的效率，节约管材，也是一项 十分重要与紧迫的工作。1数控技术的概述数控技术是数字控制(Numerical Control，NC)技术的简称，是一种用数字化的 信息(数字、字母和符号)对某一工作过程进行可编程自动控制的技术。数控系统(数字 控制系统)是指实现数控技术相关功能的软硬件模块有机集成系统。它是数控技术的载 体。数字控制系统中的信息是数字量，它有如下特点：1. 可用不同的字长
6、表示不同精度的信息。2. 具有强大的算术运算和逻辑运算处理能力。3. 通过编程可方便地实现各种控制功能，因而具有很高的柔性。由于数字控制系统具有上述优点，故被广泛应用于机械装备。的点位和运动轨迹 控制，其中轨迹控制是数控机床和工业机器人等数控装备的主要控制内容。最初的数 字控制系统是由数字逻辑电路构成的，因而称之为硬线数控系统。随着数字计算机技 术的发展，硬线数控系统已逐渐被淘汰，取而代之的是计算机数控(Compu ter Numeri cal Control, CNC)系统，即以计算机为信息处理核心的数控系统。相对于硬线数控系 统而言，CNC系统的控制功能主要由软件实现，并可处理逻辑电路难以
7、处理的复杂运 算功能，因而具有较高的柔性和更高的性能。2管材弯曲加工的种类及技术现状7管材弯曲加工的方法很多。按成形方法来区分，主要有滚弯曲、模弯曲和无模弯 曲三种。按弯曲时加热与否，可分为冷弯曲和热弯曲。按弯曲时有无填充物，又分为 有芯（填料）弯管和无芯（填料）弯管。近年来，管材弯曲成形技术取得了新进展，相继 开发出了零半径钢管弯曲加工、热应力弯曲和激光弯曲成形等最新技术。2.1 滚弯滚弯是用三个驱动辊轮对管材进行弯曲加工的加工方法滚弯方法及滚弯机工作 原理与板材滚弯基本相同，区别仅在于管材滚弯所用的辊轮具有与弯曲管坯断面形状 相吻合的工作表面。通过改变辊轮的间隔，就可作各种曲率半径的弯曲，
8、尤其对弯制 环形或螺旋线形管件特别方便。不过，滚弯方法对弯曲半径有一定的限制，仅适用于 曲率半径要求大的厚壁管件。2.2 模弯曲模弯曲是一种钢管在弯曲模型中实现弯曲的成形过程，它包括压弯、推弯和绕弯 三种方式。（1）压弯压弯是最早用于管材弯曲加工的工艺方法。如图1 -2所示，它是在液压机上利用 模具或胎具对管坯进行弯曲加工。压弯方法既可以弯制带直段的管件，又可以弯制弯 头。由于压弯具有生产效率高、模具调整简单等突出优点，故在生产中一直被广泛应 用。推弯推弯是在一般压力机、液压机上进行弯曲加工，主要用于弯制弯头。推弯包括型 模式冷推弯管和芯棒式热推弯管。型模式冷推弯管是在普通液压机或曲柄压力机上
9、， 利用金属的塑性，在常温状态下将管坯压入带有弯曲型腔的型模中，从而形成弯头。 型模式冷推弯管装置如图1 -3所示。芯棒式热推弯管是在专用推制机上，在推力和牛 角芯棒阻力的作用下，边加热边推制，使管坯产生周向扩张和轴向弯曲变形，从而将 较小直径的管坯推制成较大直径的弯头. 绕弯绕弯是最常用的弯管方法，包括辗压式和拉拔式，按弯管设备的不同，绕弯又可 以分为手工弯管和弯管机弯管两类。手工弯管是利用简单的弯管装置对管坯进行弯曲加工。它不需要专用的弯管设 备，弯管装置制造成本低，调节使用方便，但劳动量大，生产率低，主要应用于小批 量生产的场合。弯管机弯管是在立式或卧式弯管机上进行冷态弯曲加工，是用得最
10、多 的一种弯管方式。目前，弯管机弯管主要包括有芯弯管、无芯弯管和顶压弯管三种工 艺方法。有芯弯管是在弯管机上利用芯棒使管材沿弯曲模胎绕弯的工艺方法。在管坯与弯 曲模胎的相切点附近，其弯曲外侧装有压块，而管坯内部塞有芯棒。当弯曲模胎转动 时，管坯即绕弯曲模胎逐渐成形。管件的弯曲角度由挡块控制，当弯曲模胎转到管件 要求的弯曲角度时，则撞击挡块，使弯曲模胎停止转动。无芯弯管的工作原理与有芯弯管相似。它的结构比有芯弯管简单（省去了芯棒和 芯棒的固定调整装置），工作原理与有芯弯管相同，只是没有芯棒支撑内管壁，而是 在管坯进入弯曲变形前，预先利用反变形装置（如反变形滚轮和反变形滑槽）给以管坯 一定量的反向
11、变形。在弯曲后，由于不同方向变形的相互抵消，使管坯截面基本保持 圆形。无芯弯管与有芯弯管相比，既提高了生产率，又避免了芯棒的消耗，省却了管 内的润滑。2.3 无模弯曲对于大口径、厚壁及高强度钢管的弯制加工，最适宜的方法就是无模弯曲。无模 弯曲是利用局部加热代替弯曲模具和芯棒等工具进行弯曲加工的方法。按加热方式的 不同，可分为中频感应弯管和火焰加热弯管两种。它是将中频感应圈套在管坯上，依 靠中频感应电流将管坯加热到所需的高温，随即对加热部分进行弯曲，并在弯曲后紧 接着喷水冷却，从而获得所需的管件。火焰弯管的原理与中频弯管相同，只不过是用 火焰加热圈代替了中频感应圈来加热管坯无模弯曲不需要模具，弯
12、管成形质量好， 弯管能力强，具有生产效率高、劳动强度低的优点。由于无模弯曲的弯曲力臂自由回 转，弯曲半径可随弯曲力臂长度的变化任意改变，故其适应性比其他弯曲方法强。同 时，由于加热线圈与管材的形状无关，故利用无模弯曲代替弯模成形，可以巧妙地解 决异形钢管的弯曲加工问题。2.4 零半径钥管弯曲加工在制造空调装置、热水装置等的热交换器时，由于配管空间的限制，希望钢管的 弯曲半径愈小愈好。近几年，利用弯曲加工与液压相结合的方法成功地开发出了弯曲 半径为零的钢管弯曲加工技术。模具由上下模组成，在上下模内插入钢管，管内施加 内压P,上下模具在推力w的作用下相对移动，使钢管产生零半径弯曲。为了防止弯 曲变
13、形时产生局部断裂，在钢管的两端施加压力F。选择适宜的内压力P、压力F和 模具移动力W,有利于减少钢管弯曲成形过程中产生缺陷的可能性，从而得到成形性 良好的弯管。3弯管工艺分析及常见的弯管缺陷93.1 弯管工艺分析管材弯曲与板材弯曲相比，虽然从变形性质等方面看非常相似，但由于管材空心 横断面的形状特点，弯曲加工时不仅容易引起横断面形状发生变化，而且也会使壁厚 发生变化。因此，在弯曲加工方法、需要解决的工艺难点、产品的缺陷形式和防止措 施、弯曲用模具及设备等方面，两者之间存在很大差别。我们知道，在纯弯曲的情况 下，外径为D，壁厚为S的管子受外力矩M的作用而弯曲时，弯曲变形区的外侧材料 受到切向拉伸
14、应力的作用而伸长，从而使外侧管壁减薄：内侧材料则受到切向压应力的 作用而缩短10，从而使内侧管壁增厚（见1-11图）。由于位于弯曲变形区最外侧和最内 侧的材料所受的切向应力最大，故其管壁的厚度变化也最大。因此，外侧管壁会过量 减薄（见图1-12a）。当变形程度过大时，最外侧管壁会产生裂纹（见图1-12b），最内侧 管壁会出现失稳而起皱（见1-12c图）。同时，由于弯曲内、外侧管壁上切向应力在法 向的合力（外侧切向拉应力的合力N,向下，内侧切向压应力的合力N2向上）的作用， 使弯曲变形区的圆管横截面在法向受压而产生畸变，即法向直径减小，横向直径增大， 从而成为近似椭圆形（见图1-12d）。变形程
15、度越大，则畸变现象越严重。另外，由于 从拉应力过渡到压应力的弹性阶段的存在，卸载时外层纤维因弹性恢复而缩短，内层 纤维因弹性恢复而伸长，结果使工件弯曲的曲率和角度发生显著变化11，与模具的形 状和设计要求的形状不一致，造成弯曲回弹现象，降低了弯曲件的工艺精度。3.2常见的弯管缺陷及其解决措施从上述工艺分析可知，常见的弯管缺陷主要有以下几种形式：圆弧处变扁严重（椭 圆形）、圆弧外侧管壁减薄量过大、圆弧外侧弯裂、圆弧内侧起皱及弯曲回弹等。随着 弯管半径的不同，前四种缺陷产生的方式及部位有所不同，而且不一定同时发生，而 弯曲工件的弹性回弹却是不可避免的。弯管缺陷的存在对弯制管件的质量会产生很大 的负
16、面影响。管壁厚度变薄，必然降低管件承受内压的能力，影响其使用性能弯曲管 材断面形状的畸变，一方面可能引起横断面积减小，从而增大流体流动的阻力，另一 方面也影响管件在结构中的功能效果;管材内壁起皱不但会削弱管子强度，而且容易造 成流动介质速度不均，产生涡流和弯曲部位积聚污垢，影响弯制管件的正常使用；回弹 现象必然使管材的弯曲角度大于预定角度，从而降低弯曲工艺精度。因此，应在弯制 之前采取对应措施防止上述缺陷的产生，以获得理想的管件，保证产品的各项性能指 标和外观质量。在通常情况下，对于前面提到的几种常见缺陷，可以有针对性地采取 下列措施：(1) 对于圆弧外侧变扁严重的管件，在进行无芯弯管时可将压紧模设计成有反变形槽 的结构形式:在进行有芯弯管时，应选择合适的芯棒(必要时可采用由多节段芯棒组装 而成的柔性芯棒)，正确安装之，并在安装模具时保证各部件的管槽轴线在同一水平面 上。(2) 小
