轧槽管机关的设计_文美纯.pdf

第1 6卷 第4期1 994年12月湘潭大学自然科学学报Natural Seien e eJournalofXiangtanUnive r sityVol.16No.4Dee.199 4车L槽管机头的设计文美纯令【摘要】为了满足节能技术的需要,本 文根 据滚压加工原理设计了一种滚轧机头,该机头能在普通车床上轧制出螺纹榴管和横纹槽管.主恤词滚 压加工.螺纹槽管.横纹槽管分类号T H12 20引言列管式换热器广泛应 用在动力,石油、化工等企业中,对其进行技术改造,利用提高其传热效率来达 到节约能源,已提到重 要的位置.在列管式换热器中,采用增大换热表面,提高单位体积的传热面积,是一种强化传热的有效途径.前人在广泛研究的基础上证实,将光滑管加工成螺纹槽管或横纹槽管(图1),不仅强化了管内外的对流传热过 程,而且其机械强度,抗热应力与抗污垢性能都比l l l/_、曰_ _ _ _ _“-U U U卜卜川川I/二么司司a)螺纹槽管b)横纹槽管图l螺纹槽管和横纹槽管光滑管好.因此,近年来,螺纹槽管和横纹槽管已应用 于动力、石 油、化工以及低品位余热回收等换热设备上,有明显的节能效果.但是,目前如何为中,小型化工设备生产厂找到一种既方便又经济的轧制螺纹槽管或横纹槽管的加 工方法,已成为推广使用这类管型换热器的关键问题.为解决这一伺题,作者根据滚压加工原理设计了一种简便的轧槽管机头,将机头安装在车床的横刀架上,与车床上加工螺纹的传动机构配合,可滚压加 工出无缝钢管等换热器 用单头螺纹槽管或横纹槽管.1加工工艺的探讨滚压 加工,是在车床或类似的机床上,利用带滚轮的滚压 工具,以一定的压 力在工件表面作相对滚 压,使金 属表面产生塑性变形,在工件上加工出圆柱形、锥形凹槽以 及其它形 状的外表面.根据实验分析,滚轧刀对管材进行滚压时,管材上受力点的金 属将产生流.作者单位:湘潭大学机械电气土程系,湘潭,4 111 05收稿日期:19 94一07一0 6106湘潭大学自然科学学报199 4年动(图 2).当滚压工具设计成两侧面具有35 o的锥度,刀头 尽 可能 取大些的圆角半径时,受力点金属能达到最佳流动状态,且在滚压 过 程中管材表面的纤维不但未被切断,而且其性能得 到了强化.所以加工后管材表面质量好,表面粗糙度降低、精度得到提高,其疲劳强度、耐磨性、使用 寿命也得到改善.作者拟采用滚压 加工方法,在不损伤原管材性能的条件下,改变管材表面形状,加工 出强化传热的螺纹槽管或横纹槽管.)l l l1 1 1卜、二洲户.一一、吸吸寸寸寸寸厂厂厂丁一一图2管材受力点金属纤维流动示意图1滚轧刀;2管材;3金属纤 维层2结构和主要零件设计制造利用滚压加工原理设计的轧槽管机头(图3),由底座1,滚柱支撑架2,滚 轧刀3,滚轧刀偏转调节装置4,溉轧刀进刀装置5组成.底座下部 根据C614 0车床小刀架结构尺 寸设计制作,能与车床横刀架配套,使用时仅需与横刀架用螺栓联接.滚柱支撑架2上安装两个活动滚柱,整个滚柱支撑架与底座由轴联接,并用普通圆柱压缩弹簧支撑在底座上.其 中心高与小刀架中心高相同.使两个滚柱与滚轧刀组成3点支撑,夹住待加工管材,加工时滚柱支撑架能自动对中,起到跟刀架的作用.滚轧刀3最大直径为 5 0mm,滚轧刀头部的球形直径按所选槽型进行加工.其轴用单列圆锥滚子轴承支撑,以承受轴向力.滚轧刀偏转调节装置4,利用蜗轮蜗杆 结构紧凑和可靠 自锁的特点,通过调整 蜗杆,使滚轧刀3能与待加工管子轴线呈。45。的偏转调节.当调节好偏转角度后,拧紧固定螺栓,可使之完全固定.滚轧刀进刀装置5采用左旋丝杆与螺母,丝杆上带有刻度盘和双柄手柄,转动手柄即可知调节 的 进刀量.滚 轧刀材 料选用习习习l l l l lf f f f fa)原理图院院院75 5 5参参参参参八八琳琳 心心心篷篷篷篷四四!l l l需需需川川川川!,人引引躺:!门门门门门吊吊吊吊吊吊.日日叫叫叫-一共-日日b)结构示意 图图3轧槽管机头底座.2滚住支撑架;3滚轧刀,4滚轧刀偏转调节装置;5滚轧刀进刀装置12CrMoV,制造工艺是:车削成形一铣键槽一热处理一磨外圆及球形直径.要求热处理后第4期文美纯轧槽管机头的设计107硬度为H RC5 560滚压 加工中,选择适当的滚压用量一滚压 力、进刀量、滚压次数及滚压速度,对轧槽管的生产率,表面粗糙度及管材的使用性能有很大影响.根据滚压加工滚压力尸的计算式、尸一不丢二毛会,幻。(N)U一v性口。I式中:d滚轧刀球形头部直径(mm);E被滚压管子的 弹性模量(N/mmZ);P最大接触压力(N/mm,)P、(1.8一2.1)d,(氏为管材的屈服极限).如我们加工的209无缝钢管的轧槽管,其E一2.1 x20,(N/m m,),a,一250(N/mm,),滚轧刀球形头部直径dm.二=5mm,代入上式计算出滚压力:P 二40 5(N).又由c614。推荐的滚压 力不超过15 OON,扭矩3 00N.m,并参照LZI J型螺纹轧机3 j 设计参数,该 轧槽管机头设计滚压力为13 0 0N,扭矩为30 0N.M.轧槽管转速的计算公式为:,:(L/H.S)义(dr/D)式中:L管 长(m m);H螺 距(m m);S轧制 时间(mil l);D滚轧刀直径(mm);dr轧槽管槽根部直径(mm).根据国内外轧槽管性 能研究报道,轧槽管性能参数一般为:槽深。成1m m,螺距 H8一30m m.由此,若该轧槽机头轧制必4 5mm钢管,轧槽管的参数选用H=8mm,。lm m,设计的纵向滚压速度:lm/(11.5)mi n,dr4 3mm,滚压一次加工出所需槽深,由上式可计算出轧槽管的转速为:n=(71.7一07:.5)r/mil飞.该轧槽管机头在实际轧制加工中证实,上述参数完全能满足生产要求.3滚轧加工步骤轧槽管机头与车床配套使用 时(图4),将车床上的小刀架拆下,装上轧槽管机头,利用车床上的三卡盘夹紧待加工管材,根据管子直径和螺距计算出的螺纹槽管螺旋角,调节好滚轧刀偏转角度,按螺纹槽管螺距调整横刀架纵向运动速度和滚柱支撑架位置.启动车床,当待加工管材随车床主轴旋转时,调整滚轧进刀量(该进刀量由螺纹槽的深度决定).因挤压作用,管材带动支撑滚柱和滚轧刀旋转,按车削螺纹的方法合上车床的开合螺母,车床丝杆带动固定在横刀架上的机头作纵向运动,即在管材上加工 出已定节距 和槽深的螺纹槽管.若加工横纹槽管,仅需将滚轧刀与待加工管材轴线调成垂直,启动车床,由选定的节距 和槽深,手 动调节横刀架 的纵向运动及 进刀装 置的横向运图4加工示意图l车床;2三爪卡盘;3待加工管 材,4轧槽管机头;5中心架动,则可在管材上加工 出有一 定槽深,一 定间距的横纹槽管.为了减少滚轧加工时的摩擦发热,滚轧时 应启动车床的冷却系统,对滚轧刀与管材接触处进行冷却润滑,以获得良好的加工表面.该轧槽管机头,在C 6 14 0车床上,轧制T 必25xl.5 mm,Ll.sm,Hlom.n,。0.sm以,实验用铜管.轧出的螺纹槽管的表面粗糙度R。一1.6拜m,通过 检验和传热 测试,达 到 了预期的要求.气108湘潭大学自然科学学报1994年4结束语根据滚压加 工原理设计的轧槽管机头,与螺纹管轧机相比,具有结构简单,操作方便,加 工费用低等特点.使用 这种机头可加工 出直径必(”一4 5)mm,管壁厚占一(l53.5)m m的无缝钢管等换热器 用螺纹槽管或横纹槽管.该机头适用 于中、小型化工设备生产厂家.它的应用,将有利于螺纹槽管和横纹槽管换热器的推广使用,有利于轧槽管在节能中发挥重要作用.参考文献机床设 计手册编写组.机床设计手册.北京:机械工业 出版社,1 9 78赵如福.金属机械加工工艺人员手册.上海:上海科学技术出版社,1 9 90兰州石油机械研究所换热器课题组.L zn型螺纹管轧机的设 计.化工炼油机械,1 98 2;(4):2 83 1THED ESIGNOFNOSEFORROL LE DC HAN N E L E DT UBEp7己,何己ichz,:(Depa rtmentofMe ell之Inisr na nd Ele etricEngine e ring,Xia ngta nUnive r sity,X ia ngtan,41 1 105,C hina)【A bstra ctlInordertome etthen e edsofthesavesoure esofen ergyte ehnique.Thispape ro ntheba sisofthete n etofr ota ryr ollingmil la nd de sign edanoseofrotaryrollingm111.T hen os eforrolled.thethr e ading grovea nderos sra ngesere访groovett:beonenginglathe.Subje etwords:rolaryrollingmill,thre adinggr ovett:be;eros sra ngeserewgro ovettlbe