王旭東 陳?；? 王衛(wèi)東

摘 ? 要：鋼管管路的制造和安裝過(guò)程中去毛刺是一道非常重要的工序，它是產(chǎn)品整體質(zhì)量和是否合格的關(guān)鍵因素所在，為了滿足鋼管批量加工的需求，本文設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了一種電動(dòng)鋼管去毛刺機(jī)，國(guó)內(nèi)專利號(hào)為：ZL201821518964。本文詳細(xì)介紹了該電動(dòng)去毛刺機(jī)的總體設(shè)計(jì)，包括了需求分析、概要設(shè)計(jì)、和詳細(xì)設(shè)計(jì)三個(gè)部分，后面對(duì)該產(chǎn)品的市場(chǎng)應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)行概述。最后總結(jié)了這種工業(yè)設(shè)備開(kāi)發(fā)流程的現(xiàn)實(shí)意義。

關(guān)鍵詞：電動(dòng)去毛刺機(jī) ?鋼管加工 ?機(jī)床刀具

中圖分類號(hào)：TF777 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1674-098X（2019）07（c）-0072-03

隨著國(guó)家對(duì)制造業(yè)環(huán)保的要求越來(lái)越嚴(yán)，很多企業(yè)在產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)采用免焊接的硬管管路連接方式，如采用卡套接頭的流體管路、采用雙卡套接頭的儀表管路，采用37度擴(kuò)口、90度翻邊和法蘭式接頭的管路等。這些管路總成無(wú)論是在工廠制造，還是在現(xiàn)場(chǎng)安裝基本工藝包括切管、去毛刺、彎管、卡套預(yù)裝、擴(kuò)口或者翻邊等成型工藝，其中去毛刺工序是簡(jiǎn)單但至關(guān)重要的一道工序，去毛刺的品質(zhì)直接影響其它工藝及總成質(zhì)量合格的關(guān)鍵因素。通常小批量的管路加工，會(huì)采用手動(dòng)銼刀或刮刀完成去毛刺。人工去毛刺勞動(dòng)量大，難以完成自動(dòng)化生產(chǎn)線和大批量加工的需要，另一方面去毛刺質(zhì)量和產(chǎn)品的一致性無(wú)法精準(zhǔn)控制。所以，研究開(kāi)發(fā)一款電動(dòng)鋼管去毛刺機(jī)非常必要，對(duì)行業(yè)整體的管路制造水平的提高具有重要現(xiàn)實(shí)意義。

為了適應(yīng)自動(dòng)化生產(chǎn)線，批量鋼管去毛刺、保證加工管路的一致性和操作者的安全，本文設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了一種新型電動(dòng)鋼管去毛刺機(jī)，并取得相關(guān)的專利號(hào)為ZL201821518964。

1 ?總體設(shè)計(jì)

鋼管在切管過(guò)程中由于切管刀或割管刀的切削力造成管端面塑性變形，并且伸出鋼管的內(nèi)外表面的凸出物稱為毛刺或飛邊。鋼管加工過(guò)程毛刺產(chǎn)生的區(qū)域如圖1所示。

電動(dòng)鋼管去毛刺機(jī)是一種用快速旋轉(zhuǎn)的刀具對(duì)鋼管管端內(nèi)外邊去毛刺的設(shè)備，利用電機(jī)帶動(dòng)刀具完成對(duì)金屬管端去內(nèi)外毛刺的設(shè)備。電動(dòng)設(shè)備可以實(shí)現(xiàn)在5～8s內(nèi)加工處理完一個(gè)鋼管端面，而人工手動(dòng)處理用時(shí)在4～8min。鋼管去毛刺前和去毛刺后的效果如圖2所示。

1.1 需求分析

電動(dòng)鋼管去毛刺機(jī)需要實(shí)現(xiàn)和完成的功能描述比較簡(jiǎn)單，就是完成鋼管切割過(guò)程中端面內(nèi)外徑處的毛刺的去除。既要完成內(nèi)徑的去毛刺和倒角，還要可以實(shí)現(xiàn)對(duì)管外徑的相同功能。加工鋼管材料可以兼容從碳鋼鋼管、不銹鋼管、鋁和銅等材料，加工管外徑尺寸一般可以從6～42mm，升級(jí)可以達(dá)到75～90mm的管外徑。

1.2 概要設(shè)計(jì)

（1）傳動(dòng)要素。

電動(dòng)鋼管去毛刺機(jī)要實(shí)現(xiàn)刀具和鋼管的相對(duì)運(yùn)動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)，只能通過(guò)鋼管或者刀具旋轉(zhuǎn)二選一來(lái)完成。由于，鋼管尺寸、重量和長(zhǎng)度不易控制和統(tǒng)一，因此我們?cè)谠O(shè)計(jì)中選擇將刀具部分旋轉(zhuǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)兩者的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。

（2）功能要素。

用一個(gè)裝置來(lái)同時(shí)實(shí)現(xiàn)不同尺寸的鋼管內(nèi)外徑去毛刺倒角是非常難以實(shí)現(xiàn)，我們?cè)O(shè)計(jì)將內(nèi)徑處的去毛刺和外徑處的去毛刺分開(kāi)用兩個(gè)裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)，通過(guò)傳動(dòng)部件來(lái)完成一個(gè)電機(jī)對(duì)兩個(gè)裝置的驅(qū)動(dòng)。

（3）兼容性。

可以實(shí)現(xiàn)對(duì)不同尺寸的鋼管進(jìn)行加工，我們將刮刀或銼刀設(shè)計(jì)成圓錐狀，這樣既可以實(shí)現(xiàn)不同尺寸管路的加工，又可以實(shí)現(xiàn)鋼管子在加工過(guò)程中的自動(dòng)對(duì)中功能，圓錐刀的設(shè)計(jì)方法是本產(chǎn)品的一大突出亮點(diǎn)。

概要設(shè)計(jì)完成后，我們已經(jīng)對(duì)產(chǎn)品的主要功能和結(jié)構(gòu)有了明確規(guī)劃和框架，下面我們將進(jìn)行設(shè)備的詳細(xì)設(shè)計(jì)。

1.3 詳細(xì)設(shè)計(jì)

本設(shè)備設(shè)計(jì)為低速、高扭、低噪聲的結(jié)構(gòu)，主要由框架部分、電機(jī)及傳動(dòng)部分，刀具切削等部分組成，產(chǎn)品設(shè)計(jì)有兩種布局結(jié)構(gòu)，一種是桌面式，便于操作臺(tái)的放置和移動(dòng)，設(shè)備的主要部件如圖3所示。另一種是落地式的，底部帶有可鎖定的滾輪，這種適合大尺寸管徑、柔性制造生產(chǎn)線管件加工。兩種產(chǎn)品的主要部件和工作原理均相同，本文只對(duì)桌面式產(chǎn)品進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。

（1）機(jī)械結(jié)構(gòu)。

電機(jī)8固定在箱體1的底部，為了保證具有足夠的扭矩和刀具切削力，設(shè)備選用低速高扭的交流電機(jī)，為了防止系統(tǒng)過(guò)載而燒毀電機(jī)采用皮帶的傳動(dòng)方式，主動(dòng)輪7與從動(dòng)輪13的傳動(dòng)速比為1∶3，電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)力通過(guò)皮帶將轉(zhuǎn)動(dòng)力傳遞到軸12上，內(nèi)外徑錐面倒角和去毛刺的刀具3和4通過(guò)安裝座14固定到轉(zhuǎn)動(dòng)軸12上，完成轉(zhuǎn)動(dòng)力的傳遞。

（2）鈑金部件。

設(shè)備受外力很小，主要是加工過(guò)程中去毛刺的刀具與鋼管切削時(shí)的力傳遞到設(shè)備的固定底座部分。將設(shè)備設(shè)計(jì)成箱體部分1和蓋板2兩個(gè)部分，方便內(nèi)部部件的安裝和維護(hù)維修。在箱體上設(shè)計(jì)有加強(qiáng)筋和翻邊部分，翻邊部分設(shè)計(jì)有攻絲的螺絲孔，方便蓋板部分的安裝和固定。內(nèi)部安裝軸承座的螺母、帶輪支架、去毛刺刀具座等部分采用激光焊接工藝固定在箱體內(nèi)部。在箱體底部安裝有橡膠緩沖座6，主要起固定設(shè)備本身和減少振動(dòng)力的傳遞。

（3）電氣部件。

為了方便工廠現(xiàn)場(chǎng)使用，電機(jī)功率和所需要的力比較小，我們采用AC220V 50HZ供電，經(jīng)過(guò)切削力計(jì)算選擇0.25kW 150轉(zhuǎn)/分的交流電機(jī)，電源開(kāi)關(guān)安裝在設(shè)備的左側(cè)，在電路中安裝有過(guò)流保護(hù)裝置。為了保證同款設(shè)備的高端配置需求，系統(tǒng)中我們預(yù)留了變頻器的安裝位置和控制面板位，方便在加工大型管件時(shí)，電機(jī)功率增大，采用交流變頻器來(lái)降低設(shè)備的總體能耗，電機(jī)按照加工鋼管的大小不同負(fù)載不同輸出不同的功率。

2 ?設(shè)備介紹

2.1 主要特點(diǎn)

整機(jī)外形：長(zhǎng)×寬×高為50cm×45cm×20cm

整機(jī)重量：整備質(zhì)量34kg;

加工時(shí)間：?jiǎn)未?～8s/根，連續(xù)工作4～6h;

加工能力：管外徑6～42mm，英制管1/4”～2”;

設(shè)備備件：硬質(zhì)合金刀具內(nèi)徑刀和外徑刀。

設(shè)備整機(jī)外形實(shí)物如圖4所示，整機(jī)采用模塊化設(shè)計(jì)，可以與鋼管切割、彎管設(shè)備、卡套預(yù)裝設(shè)備、37度擴(kuò)口機(jī)和90度翻邊機(jī)結(jié)合在一個(gè)操作臺(tái)上使用，可以完成管道的切割、去毛刺、卡套預(yù)裝、擴(kuò)口和翻邊等多個(gè)工序的加工。

2.2 操作步驟

第一步：連接電源，將機(jī)器配備的AC 220V 10A插頭插入插座。電源指示燈LED燈亮紅色表示設(shè)備已經(jīng)通電。該設(shè)備設(shè)計(jì)有自動(dòng)過(guò)載保護(hù)裝置，如果必要將開(kāi)關(guān)撥到“關(guān)”位置，重置開(kāi)/關(guān)。

第二步：?jiǎn)?dòng)機(jī)器，將撥動(dòng)開(kāi)關(guān)向上撥到“開(kāi)”的位置即可啟動(dòng)機(jī)器，設(shè)備LED指示燈亮綠色。

第三步：將待加工的工件插入內(nèi)徑去毛刺，輕微施加推力2～3s，推出管子。然后再放入去外徑刀具重復(fù)輕微施加推力2～3s鐘退出，此時(shí)檢查管端面完成管的去毛刺工作。

3 ?市場(chǎng)應(yīng)用

該設(shè)備設(shè)計(jì)完成后經(jīng)過(guò)測(cè)試、小批量試制、用戶試用反饋和完善后投入市場(chǎng)，深受現(xiàn)場(chǎng)制造者及質(zhì)量管理人員的歡迎，一方面該設(shè)備大大減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，改善和提高了硬管生產(chǎn)線的制造效率，另一方面，質(zhì)量控制人員可以對(duì)工序做出標(biāo)準(zhǔn)化的規(guī)定，產(chǎn)品制造和檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)化。

目前，該設(shè)備已經(jīng)廣泛應(yīng)用在國(guó)內(nèi)各機(jī)車車輛廠、地鐵及機(jī)車維修工段等，飛機(jī)制造、船舶制造廠、汽車制造、工程機(jī)械、盾構(gòu)機(jī)、自動(dòng)化生產(chǎn)線、模具加工設(shè)備、機(jī)床設(shè)備制造等，成為眾多鋼管總成制造商和應(yīng)用者現(xiàn)場(chǎng)的標(biāo)配設(shè)備。

4 ?結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)電動(dòng)鋼管去毛刺機(jī)的設(shè)計(jì)過(guò)程的詳細(xì)介紹和分析，讓我們對(duì)工業(yè)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)過(guò)程有整體的認(rèn)識(shí)，并可以將該設(shè)計(jì)方法延伸和推廣到其它工業(yè)設(shè)備的設(shè)計(jì)過(guò)程中，對(duì)快速工業(yè)設(shè)備的開(kāi)發(fā)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

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