圆锥体卷板机创新设计制作

马中盛

摘要：锥体专用卷板机顾名思义就是专门卷制锥形桶的卷板机，包括斜锥、偏心锥等异形工件，文章就圆锥体卷板机的创新设计制作进行了简要分析。

关键词：圆锥体卷板机、成型方法、创新设计

一、金属圆锥桶体的存在及传统成型方法。

金属圆锥桶体在我们日常生活中普遍存再，如下图就是一个不锈钢的染料桶。

这个桶体看上起来很简单，但是圆锥部分成型问题，却一直困扰人们。过去这种锥形的成型一般有三种方法。

如下图所示。放样后延径线用压床一刀一刀的压，压完一圈就基本成型了。

这种方法不需要特别的工具但是非常费时，根据工件的大小和产品要求的精度不同压的刀数不同，工件大的精度要求高的往往要压几十甚至上百刀。这种方法做出的产品表面精度比较底，生产效率底下，而且对操作工人的技术要求较高。

用模压制成型。这种方法做出的产品精度很高，而且生产很高，但是模具费用高，如果产品品种和规格多前期投入费用巨大。所以这种方法只适合大批量的产品。

用特殊卷板机成型。过去市面上有两种卷板机，一种是调节三条辊子的角度来成型。这种方法卷出的锥体锥角一般小于25?.而且锥体小端直径大于140mm.第二种是三条辊子带锥度。这种卷板卷出的锥体锥角小于20?而且锥体小端直径大于140mm.而对于锥角大于25?和小端直径小于140mm的锥体这两种卷板机都无能为力。

二、我们公司产品简介。

我们公司是一家生产染整机的企业，每年生产一二千台染色机，染料桶是一种盛放染料的不锈钢桶，我们公司的染料桶规格十几种，我们的锥体小端直径80～100.锥角90?～120?.市场上买不到合适的卷板机，因而一直采用第一种成型方法。染料桶锥体生产工序一直是我们公司生产部门最为头的工序。生产量大时速度慢了完不成定单，速度快了又会出现质量问题。

三、研制专机解决问题。

2015年公司交给我一个任务，要从根本上解决锥体生产工艺。接到任务后我多次到我公司一台能卷25?，锥体小端直径大于160mm。的卷板机现场。观看产品成型过程。

I：传统圆锥圈板机成型原理。

我们公司有一台，能通调节三条辊子的角度来卷锥型桶体的卷板机。这种卷机卷锥体的原理就是通过调节三条辊子的角度，改变钣金的受力从而改变钣金两端的移动速度达到卷锥体的效果。我通过上网检资料在网上看见有一家公司有一款辊子带锥度的卷板机也能卷锥体，这种卷板机的原理就是通过辊子大小端线速度不同达到锥体的目的。这种卷板机的参数显示，小端直径140mm，最大锥角25?，最大锥体长1800mm.

II：传统圆锥圈板机的缺陷。

传统卷板机由于结构的原因，往往卷出锥体锥角很小，而且小端直径较大，很多锥体卷不了。

III：设计构想理论基础及初步设计方案。

只要能让钣金在卷板机的辊子上两端以不同的线速度运动，辊出的桶体就是锥体。我们公司染料桶的锥角在90?～120?.大小端线速度之比在8～15.因此只要我们能让钣金的大小端能在辊子上以8～15的线速度运行通过辊了的挤压就能卷出我们需要的维体。传统卷板机因为辊子是一条整体的无法做到。如果我们将辊子设计成两节，分别输入两种速度就可以达到这个要求。初步设计方案如图（1）所示的主动轴，图（2）所示的从动轴均设计成两段。两条主动每条轴分为两段，并别输入动力源。从动轴无加动力。

IV：理论计算

卷板所需最大力矩。

卷板机工作时，需要将钢板卷制成钢管。此时材料所承受的力已全部达到屈服极限。因此如图（b）所示。此时截面上的弯矩M为M=σsB2/4（KN*m）.式中B，--卷板机卷制钢板的最大宽度和厚度。σs--材料的屈服极限（KNm-2）。

考虑材料变时存在强化，引入强化系数K对公进行修正，则M=Kσs （KN*m）.式中强化系数，可取K=1.1～1.25， 较大时取大值。R—卷板中性层半径（m）.

3.1：下辊驱动力矩。

我们设计的卷板机为下辊驱动，作用在下辊上的驱动力矩用于克服卷板变形扭矩Tn1和摩擦扭矩Tn2.钢在卷板卷制过程中，存储于钢板AB段（图a与图c）的变形能为23M，所花费的时间为2R/V（V为卷板速度），两者的比值等于变形扭矩Tn1的功率，即：.则Tn1=（KN*m）.而摩擦扭矩包括上、下辊与钢板间的滚动摩擦力矩和辊子与轴套间的滑动摩擦力矩，可以用下式计算。

3.2：下辊驱动功率：

因为机器参数关系到公司机密具体数据不便透露。

V：电机选型。

根据计算的结果和实际要求我们选了两款交流伺服电机并分别配上了减速箱以保证长短轴的转速之比为12.

VI：机器结构。

我们这款机由下辊驱动机、上辊升降机构、定心机构和控制系统组成。

如图（e）所示，这部分由下长辊、下短辊、交流伺服电机、减速箱和齿轮等组成。

这部分由控制电箱和操作面板组成。

如图（g）所示，操作面板中通过长短轴转速比调节旋钮可以卷出需要的锥角锥体。我们通过卷制公司产品得出一套针对我们公司产品的参数，当工人拿到产品只需将机床调到相应的参数就可以放心生产出合格的产品。

VII：产品卷制示意图。

如图（h）所示，我们这款机小端成品直径94mm可以在上面旋转。而实际上在卷制产品时，钣金是敞开的，所以我们这款机通过侧试可以卷出小端直径70mm最大锥角148?的产品。

VIII：效益评估。

该设备设计费用12600元，制造费用33400元，外购件费用13823元，总计约59823元.

过去我们公司生产染料桶锥体采用压床一刀一刀的压，平均每个锥体要两个工人40分钟才能完成。而现在有了这台机后一个锥体一个工人5分钟就能完成。不仅如此，至从有了这台机后我们的染料桶的质量再也没有客户投诉了，锥体制作现场不仅没有堆积现象，而是没活干，工人经常调到其它工位上帮忙。每个锥体节省工时75分钟.以保守的估计我们公司每年平均生产1800个染料桶，工人工资成本以22.5元/小时。一年为公司节省资金H。

H=1800*1.25*22.5=50625元。

数据可以看出这台机不仅解决了生产上的难体，基本上一年可收回成本。而且产品质量也得以大幅提升。

结束语

该机打破了传统卷板机的思维，采用一辊两节，利用辊的转差比完成了卷板机一次卷成大锥角锥体，不仅为公司解决了生产难题而且大大提高了生产效率和产品的质量。

参考文献

[1] 苏联莫施宁.卷板机（第一版） [M].北京：机械工业出版社，2013.

[2] 王三民，諸文俊.机械原理与设计[M].北京：机械工业出版社，2014.