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    間歇式薄壁不銹鋼管切削切管機的切削特性分析

    來源:至德鋼業 日期:2020-02-03 18:10:23 人氣:751

      本章首先討論了切管機的研究背景,對薄壁不銹鋼管切管機的國內外研究現狀做出了綜述,其次對間歇式切削切管機的可行性進行了理論探究,再次對間歇式切削切管機在切削過程中存在的切削力進行了理論分析和計算,再次對間歇式切削切管機的主要部件進行了參數確定和標準件選取,最后對間歇式切削切管機的主要部件進行有限元分析,驗證其參數合理性,并對間歇式切削切管機做出客觀的評價,對未來切管機的發展方向做出展望。在研究內容上,以其它切管機的設計結構為基礎,提出并設計了行星式雙刀對稱偏心安裝間歇式切削的切削方式,這種切削方式打破了傳統的一把刀具連續切削的切削方式,是切削方式上的一種突破。并且利用合理的機械結構提高了切管機的切削精度和自動化程度,降低了切削電機的使用數量,通過一個主電機帶動兩把刀具來提高切削效率。除此之外,刀具所產生的切削力能夠相互抵消,降低了鋼管的切割變形量,本課題的主要研究內容包括以下幾個方面:


    (1)針對薄壁不銹鋼管的自身特性,提出了間歇式切削的薄壁不銹鋼管切管機的設計方案,包括切割頭、夾具、送料部分的設計。


    (2)對間歇式切削的薄壁不銹鋼管切管機的機械部分進行了相關的計算和設計,并且通過Solidworks和AutoCAD繪制了相應的三維和二維圖形,并把三維圖形進行了裝配和運動仿真,從而驗證了零件尺寸的合理性。


    (3)對刀具切割過程進行了分析,并計算出了刀具的切割力,從而確定了切管機的刀具和切削功率。


    (4)對間歇式切削的薄壁不銹鋼管切管機的關鍵零部件進行ANSYS有限元分析,驗證了零件的強度和剛度是否滿足設計要求,對不合理的部分進行優化。



       切管機的最大切削力和額定切削功率是切管機的主要切削特性,最大切削力決定了切管機的最大切削厚度,而額定切削功率則決定了切管機的切削力和切削速度。由此可知,切削功率與切削力和切削速度有關,而切削力直接影響著切管機的切口質量,因此對間歇式切削切管機的切削力研究是設計切管機的基礎。除此之外,由于不銹鋼中含有一定量的鉻、鎳等元素,使得其機械性能得到了很大的提高,但是其切削性卻大大降低,尤其是薄壁不銹鋼的切削,更是不銹鋼的切削難點,因此對切管機切削特性的研究顯得尤為重要。


      整體來看,刀具對工件的切割實質上是刀具對工件進行擠壓變形,使工件切割部分的材料沿著刀具的切割方向移動,并且產生剪切滑移和塑性變形,其中剪切滑移占切割的主要部分。當刀具切割工件時,刀具從接觸工件開始對工件的作用力逐漸增大,工件的切割部分在材料的屈服極限之內首先發生彈性變形,隨著刀具對鋼管的作用力進一步增大,鋼管切割部分發生塑性變形,當刀具繼續進給達到材料的抗拉強度時切割部分的材料開始從工件上脫落,最終形成切屑。通過對切削區的研究,根據其變形特點可以把切削區劃分為三個部分,即剪切滑移區、刀具與切屑接觸區、刀具與薄壁不銹鋼管接觸區,如圖中所示。剪切滑移區又被稱為第一變形區,是切削力的主要來源。當刀具接觸鋼管時,刀具的切割面開始對鋼管進行擠壓,從而使鋼管發生彈性變形,在屈服強度的范圍內,當刀具的作用力進一步加大,鋼管所受的擠壓力進一步增加,其彈性變形量也逐漸增加,當鋼管所受的力大于材料的屈服極限時,鋼管開始發生塑性變形,切割部分的材料開始沿著刀具的切割方向移動,即出現了剪切滑移區。刀具進一步旋轉,切口的塑性變形加大,塑性變形的范圍也逐漸增加,當刀具的切割力大于鋼管的剪切應力時切割部分的材料開始斷裂,從而與工件分開。剪切滑移區與切削過程中的切削力和刀具的切削功率有關,在常見的切削速度范圍內,剪切滑移區的寬度大約為0.02~0.2mm,并且與切削的速度成反比。


      刀具與切屑的接觸部分為第二變形區,當材料從工件上脫離形成切屑時就變成了第二變形區。由于切屑經過刀片的切割使得自身的強度和硬度都有所增加,并且刀具前刀面仍對切屑產生強烈擠壓,因此對刀具的前刀面影響較大。除此之外,這一變形區的相對滑移速度較低,產生的切屑在外界的擠壓作用下開始堆積,導致了刀具的切削力增加,從而加劇了刀具的磨損。這一區域通常是研究刀具與工件之間的摩擦、刀具磨損、切削潤滑的主要區域,刀具的耐用程度主要與第二變形區有關。刀具側面與工件的已切割表面形成了第三變形區,它可以分為兩部分,一部分是刀具切割以后切割部分材料的恢復區,另一部分則是恢復以后的穩定區。第三變形區是刀具摩擦力的主要來源,由于刀具與已切割部分發生摩擦,因此它影響著刀具的強度和刀具的切割質量。


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    本文標簽:薄壁不銹鋼管 

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