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        3000T鋁型材擠壓線拉直機設(shè)計與應(yīng)用

        2019-11-28 06:54:10蘇柱海胡建國藍恩輝
        裝備制造技術(shù) 2019年9期
        關(guān)鍵詞:設(shè)計

        胡 升,蘇柱海,胡建國,藍恩輝

        (廣亞鋁業(yè)有限公司,廣東 佛山528200)

        伴隨著鋁型材在各個領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛,對擠壓鋁合金型材質(zhì)量提出了越來越嚴(yán)格的要求。因此,提高鋁合金型材制造工藝水平是工程師們迫切需要解決的問題[1]。

        鋁型材的直線度是一項重要的技術(shù)指標(biāo)。直線度不良主要是熱加工或熱處理時冷卻速度不均,收縮不一致造成的。因此,鋁型材的校直是提高其品質(zhì)必不可少的工藝環(huán)節(jié)。在此條件下,本文針對產(chǎn)線產(chǎn)品特點,設(shè)計研制了鋁型材拉直機,重點分析其結(jié)構(gòu)及技術(shù)特點。

        1 整機結(jié)構(gòu)與工作原理

        1.1 整機結(jié)構(gòu)

        圖1所示為拉直機整體結(jié)構(gòu)圖,主要由固定導(dǎo)軌、移動拉伸頭、旋轉(zhuǎn)頭、固定拉伸頭、拉伸桿、主拉伸油缸、液壓站等部件組成。

        圖1 鋁型材拉直機

        1.2 工作原理

        拉直機作業(yè)時,移動拉伸頭與固定拉伸頭分別夾持住鋁型材兩端,固定拉伸頭通過插銷固定在導(dǎo)軌上。在液壓缸的作用下,移動拉伸頭向后移動,材料產(chǎn)生塑性變形,大小不一、長短不齊的組織在塑性拉伸后長度一致,卸掉加載拉力后,材料便以相近的變形量恢復(fù)到穩(wěn)定狀態(tài)。

        1.3 拉直機設(shè)計要求

        根據(jù)線體所生產(chǎn)鋁型材的大小、形狀,得到拉直機的設(shè)計要求如下:

        (1)校直方式及拉力:機械拉伸,1.58*106 N。

        (2)行走速度:30 m/min。

        (3)工件夾持最大尺寸:高260 mm。

        (4)液壓壓力:24 MPa±5%。

        (5)最大型材拉直長度:45 m。

        (6)旋轉(zhuǎn)頭轉(zhuǎn)速:10°/s。

        (7)旋轉(zhuǎn)頭輸出扭曲:130 N·m

        2 關(guān)鍵零部件設(shè)計

        2.1 旋轉(zhuǎn)頭傳動系統(tǒng)的設(shè)計分析

        在進行鋁型材的拉直之前,若鋁型材存在明顯的扭曲、彎曲問題,需要預(yù)先進行型材的扭轉(zhuǎn),保證其相對平直。本方案采用渦輪蝸桿的傳動提供旋轉(zhuǎn)扭矩。根據(jù)拉直機旋轉(zhuǎn)頭的尺寸大小,選取渦輪、蝸桿、直齒輪的參數(shù)如表1所示。

        表1 渦輪、蝸桿及齒輪參數(shù)表

        則傳動比i=60/1=60,渦輪蝸桿中心距:a=1/2*(d1+d2)=1/2*(300+63)=181.5 mm

        直齒輪中心距:a=1/2*(d1+d2)=1/2*(150+150)=150 mm。旋轉(zhuǎn)頭轉(zhuǎn)速為 10°/s,即 1/36圈,則蝸輪每秒鐘轉(zhuǎn)動的齒數(shù)為:60/36=1.7個,蝸桿的轉(zhuǎn)速為1.7圈/s(102圈/min)。蝸桿的輸出扭矩可表示為:

        式中:T1為蝸桿的輸出扭矩,N·m;T2為蝸輪的輸出扭矩,N·m;i為傳動比;η 為總效率,取 0.7。

        由(1)得出蝸桿輸出扭矩為3.09 N·m。因電機與蝸桿之間的傳動采用相同的直齒輪進行傳動,因此,電機的輸出扭矩也為3.09 N·m。綜合以上因素,選擇臺灣精工GH臥式三相電機,額定減速比為15,額定頻率為50 Hz,額定功率為0.75 kW,額定輸出轉(zhuǎn)數(shù)為100 r/min,額定輸出扭矩為6.8 N·m。見圖2。

        圖2 旋轉(zhuǎn)頭傳動系統(tǒng)圖

        2.2 夾鉗系統(tǒng)的設(shè)計分析

        拉直機的型材的夾緊采用的是夾指式自鎖結(jié)構(gòu),在開始階段,氣缸需要給予一個初始的預(yù)壓力F預(yù),隨著型材的拉動,夾指逆時針轉(zhuǎn)動,液壓缸F拉逐漸增大,作用點到軸心的距離逐漸增大,對型材的夾緊力也隨著增大。見圖3。

        圖3 夾鉗系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

        對夾指受力點O進行受力分析,對型材的拉力F拉可分解為對型材的壓力F壓及對夾指的徑向力F徑,經(jīng)過可推算出夾指產(chǎn)生自鎖時,α的大小的公式為:

        式中:夾指的擺角為α;型材與鉗夾指間摩擦系數(shù)為μ。見圖4。

        圖4 夾指受力分析圖

        從式1可得,夾指的擺角與夾指與型材的摩擦系數(shù)μ有關(guān),α越大,自鎖性就越好,但也會對夾鉗系統(tǒng)產(chǎn)生較大的沖擊力。鋁型材與夾指之間的摩擦系數(shù)按照鋁與鋼的摩擦,取μ=0.3[2],代入式(1)得出α≥59°。為了減小α,將夾指與鋁型材的接觸面加工為鋸齒狀,使得摩擦系數(shù)μ趨于1,代入式(1)得出α≥27°。因此,當(dāng)夾指擺動角度大于27°后,夾鉗系統(tǒng)產(chǎn)生自鎖。

        3 現(xiàn)場的應(yīng)用

        通過對其他裝置如型材的提升裝置、送料裝置等進行設(shè)計,使得拉直機在功能上更加完善,并將其轉(zhuǎn)化為了現(xiàn)場實際應(yīng)用的產(chǎn)品。圖5為移動拉伸頭的現(xiàn)場實物圖。

        圖5 移動拉伸頭實物圖

        鋁型材經(jīng)擠壓、淬火后,型材出現(xiàn)扭曲、彎曲(如圖6所示),使用自行設(shè)計開發(fā)的拉直機拉直后,型材的直線度顯著提高,使得生產(chǎn)成品率顯著提升,增加了企業(yè)的生產(chǎn)效益。見圖7。

        圖6 鋁型材拉直前

        圖7 鋁型材拉直后

        4 結(jié)束語

        鋁型材拉直機有效地改善了型材的彎曲變形問題,并對整機結(jié)構(gòu)、功能優(yōu)化改進,在整個生產(chǎn)工藝過程中,各個環(huán)節(jié)動作都是用了自動化的生產(chǎn)方式,不僅降低了工人了勞動強度,提高了生產(chǎn)效率,而且產(chǎn)品質(zhì)量、成品合格率大幅度上升。

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