下載后文件包含有 CAD 圖紙和說明書,咨詢 Q 197216396 或 11970985摘 要連鑄鋼水必須具備穩(wěn)定而合適的溫度，不得過高或過低，鋼水溫度過高，會使連鑄坯柱狀晶體發(fā)達，將促進中心偏析、疏松和裂紋等的發(fā)展；鋼水溫度過低，會在鋼包或中間包結(jié)合凍結(jié)，導(dǎo)致澆鑄中斷并惡化連鑄坯的表面質(zhì)量。一般來說，在整個澆鑄過程中鋼水溫度必須穩(wěn)定均勻，其波動范圍應(yīng)小于 20oC。為了保證連鑄過程的連續(xù)性和鋼坯的質(zhì)量，必須保證鋼水溫度不能過低以及鋼水的溫度變化不能過大，本設(shè)計就是按照這個目的展開研究。經(jīng)對連鑄過程的研究，發(fā)現(xiàn)鋼水在鋼包中容易產(chǎn)生熱量流失，本設(shè)計采用給鋼包加蓋的方法減少鋼水熱量的流失。通過給鋼包加蓋能很好地減少鋼水在鋼包的移動過程中熱量的流失，能夠減小鋼水溫度的變化幅度，提高鋼坯的質(zhì)量。鋼包加蓋裝置能很好地提高連鑄的穩(wěn)定性，提高連鑄鋼的質(zhì)量，提高連鑄鋼的合格率，是對連鑄技術(shù)的一項有效的改進。關(guān)鍵詞： 液壓缸 懸臂梁 液壓油 舉升機構(gòu)下載后文件包含有 CAD 圖紙和說明書,咨詢 Q 197216396 或 11970985IAbstractContinuous casting steel must have stable and suitable temperature, not too high or low, molten steel temperature is too high, can make the casting billet columnar crystal developed, will promote the center, loose and crack segregation and development; The molten steel temperature too low, can be in ladle or tundish, lead to cast with frozen break and deterioration of the surface quality of casting billet. Generally speaking, in the whole process of cast steel temperature must be uniform stability, and the fluctuation range should be less than 20 oC. In order to guarantee the continuity of the slab continuous casting process and the quality of the molten steel temperature, we must ensure that not too low and the molten steel temperature change can not be too big, this design is according to this purpose launched research. Through the analysis of continuous casting process, found in the molten steel ladle easy to produce the heat loss, this design USES the method of the ladle to reduce molten steel heat leakage. Through to the ladle can well reduce molten steel in the process of moving the ladle of heat loss, can reduce molten steel temperature the extent of change, improve the quality of the billet. Ladle the device can very well to improve the stability of the continuous casting, improve the quality and improve even cast steel even the qualified rate of cast steel, is a continuous casting technology for the effective improvement.Keywords：Hydraulic cylinder cantilever Hydraulic oil Lifting mechanism下載后文件包含有 CAD 圖紙和說明書,咨詢 Q 197216396 或 11970985II目 錄1 緒論 11.1 鋼鐵行業(yè)現(xiàn)狀11.2 價格波動對鋼鐵上下游產(chǎn)業(yè)鏈的影響11.3 鋼鐵行業(yè)在國民經(jīng)濟中的地位及重要性21.4 連鑄技術(shù)的發(fā)展32 鋼包加蓋裝置舉升機構(gòu)工況分析、工藝參數(shù) .32.1 起升載荷42.2 回轉(zhuǎn)半徑42.3 起升角度52.4 工作周期52.5 舉升機構(gòu)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計53 設(shè)計方案 .64 懸臂梁的設(shè)計計算 .74.1 舉升液壓缸在懸臂梁上位置的確定 .74.2 液壓缸與地面角度確定74.3 懸臂梁結(jié)構(gòu)形狀的設(shè)計84.4 懸臂梁旋轉(zhuǎn)中心（主軸）的設(shè)計計算.105 液壓缸的設(shè)計計算 125.1 液壓缸類型及安裝方式的選擇 125.1.1.125.2 液壓缸的主要性能參數(shù).145.3 液壓缸幾何尺寸 的計算15液壓油的選用與維護176 液壓缸主要零部件的設(shè)計 196.1 缸體組件.196.2 缸體計算.206.3 活塞組件.246.4 油口.276.5 活塞桿的導(dǎo)向、密封和防塵.28小結(jié)： .32參考文獻 .33致謝 .35下載后文件包含有 CAD 圖紙和說明書,咨詢 Q 197216396 或 11970985III下載后文件包含有 CAD 圖紙和說明書,咨詢 Q 197216396 或 119709850緒論我國鋼鐵行業(yè)發(fā)展及其地位在近 10 多年的時間里，鋼鐵企業(yè)經(jīng)歷了鋼鐵產(chǎn)品價格上下劇烈的波動。如何在價格波動劇烈的市場上找到一個規(guī)避價格風(fēng)險的渠道，是鋼鐵企業(yè)目前最急切需要解決的問題。1.1 鋼鐵行業(yè)現(xiàn)狀目前的鋼鐵行業(yè)存在集中度不高，高端產(chǎn)品產(chǎn)能不足，低端產(chǎn)品嚴(yán)重過剩的局面。1.集中度低。目前，中國大概有 800 多家鋼鐵企業(yè)，其中 15 家 500 萬噸以上規(guī)模的鋼鐵企業(yè)的產(chǎn)量占全國總產(chǎn)量的 45%，而日本的前六大鋼鐵企業(yè)的產(chǎn)量就占據(jù)了日本全國產(chǎn)量的 90%。從全球范圍來看，2004 年，世界鋼鐵產(chǎn)量在 800 萬噸的前 26 家企業(yè)中，中國只占 5 家。在這種低集中度競爭改變前，國內(nèi)鋼材價格仍然存在大幅波動的可能性。2.產(chǎn)品結(jié)構(gòu)不合理。2004 年中國鋼產(chǎn)量達到 2.72 億噸，其中落后產(chǎn)能有 8000多萬噸。產(chǎn)品結(jié)構(gòu)不合理，導(dǎo)致了供求關(guān)系的矛盾突出。 3.供求關(guān)系的不平衡，價格波動影響了上市公司的經(jīng)營業(yè)績。國內(nèi)鋼廠總體上產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的不合理與供求關(guān)系的不平衡，導(dǎo)致了近期鋼材價格的下跌。鋼材價格的下跌勢必壓縮了鋼鐵企業(yè)的利潤空間。目前，相當(dāng)部分鋼材產(chǎn)品價格已跌破成本。從國內(nèi)鋼鐵上市公司情況來分析，在當(dāng)前現(xiàn)貨價格下跌時期，不僅影響現(xiàn)貨市場上鋼鐵企業(yè)的利潤，也影響鋼鐵企業(yè)在窗體底端資本市場的穩(wěn)定。1.2 價格波動對鋼鐵上下游產(chǎn)業(yè)鏈的影響原料價格、鋼材產(chǎn)品等的價格波動不僅對鋼鐵企業(yè)而且對鋼鐵行業(yè)的上下游產(chǎn)業(yè)鏈都會互有影響。下載后文件包含有 CAD 圖紙和說明書,咨詢 Q 197216396 或 1197098511.鋼廠上游產(chǎn)業(yè)———原材料在 2003 年和 2004 年國內(nèi)鋼材產(chǎn)品的價格上升時，鐵礦石的價格與鋼材產(chǎn)品價格呈正相關(guān)，是成本推動價格型；在 2002 年和 2005 年鋼材產(chǎn)品價格下跌時，原材料的價格與鋼材產(chǎn)品價格呈負(fù)相關(guān)的趨勢，可說是雪上加霜，這不僅是因為國內(nèi)供求關(guān)系已轉(zhuǎn)變?yōu)楣┐笥谇?，市場已?jīng)發(fā)生變化，而且由于我國鋼鐵企業(yè)對進口鐵礦石依賴程度越來越高，鐵礦石的價格呈現(xiàn)剛性，這也從側(cè)面說明鐵礦石的進口定價權(quán)不在我國鋼鐵企業(yè)手中，導(dǎo)致鋼鐵企業(yè)即無法控制成本，又無法鎖定利潤。2.鋼材中間商———經(jīng)銷商和消費者目前，鋼廠的銷售模式中通過經(jīng)銷商銷售的比例占絕大多數(shù)，同時，還做不到以銷定產(chǎn)。目前大型鋼鐵企業(yè)一到二個月調(diào)一次價，小鋼廠每周都會調(diào)價，而在現(xiàn)貨市場上可能每天的價格都在變化。在價格劇烈波動時，經(jīng)銷商和消費者也面臨著虧損的風(fēng)險與鋼廠違約的風(fēng)險。3.鋼廠下游企業(yè)———8 大行業(yè)無論是鋼鐵企業(yè)原材料價格的波動還是鋼鐵產(chǎn)品的價格波動都會影響到用鋼企業(yè)、下游行業(yè)的生產(chǎn)發(fā)展，同時，下游行業(yè)的發(fā)展波動也會反過來影響到鋼鐵企業(yè)的發(fā)展。 根據(jù)中國鋼協(xié)的有關(guān)統(tǒng)計，建筑、機械、輕工、汽車、集裝箱、造船、鐵道、石化等行業(yè)近年來一直占據(jù)主要用鋼前八位。當(dāng)原材料價格或鋼材價格上漲時，汽車業(yè)、家電業(yè)等受影響最大。而家電業(yè)對原材料漲價相當(dāng)敏感，而那些以低成本、低價格戰(zhàn)略擴張的公司此次又將首當(dāng)其沖。相反，如果宏觀經(jīng)濟收縮信貸、下游行業(yè)自身周期進入了供過于求的時期，那么反過來將降低下游行業(yè)對鋼材產(chǎn)品的需求。1.3 鋼鐵行業(yè)在國民經(jīng)濟中的地位及重要性從 2000 年起，鋼鐵工業(yè)增加值占工業(yè)增加值的比重超過 5%。2003 年，鋼鐵工業(yè)增加值 2824 億元，占我國 GDP 的 2.42%，可見，鋼鐵行業(yè)的發(fā)展對我國的經(jīng)濟發(fā)下載后文件包含有 CAD 圖紙和說明書,咨詢 Q 197216396 或 119709852展做出了重要的貢獻。所以，鋼鐵行業(yè)是否能穩(wěn)步良好的發(fā)展對我國國民經(jīng)濟發(fā)展有著舉足輕重的影響。綜上所述，在 宏觀調(diào)控的影響下，由于鋼鐵行業(yè)自身的集中度，銷售模式和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)都沒有達到一個合理的體制下，所以對于價格的波動沒有行之有效的規(guī)避方式。鋼鐵產(chǎn)品價格的波動所產(chǎn)生的影響，不僅僅是在鋼鐵行業(yè)內(nèi)部，還涉及到與鋼鐵行業(yè)有關(guān)的產(chǎn)業(yè)鏈、 窗體頂端股票市場和國民經(jīng)濟是否能良好運行等。所以鋼鐵行業(yè)是否能健康發(fā)展是一個關(guān)系國計民生的重大問題。 1.4 連鑄技術(shù)的發(fā)展1)目前國外的常規(guī)連鑄生產(chǎn)已趨成熟，連鑄機的作業(yè)率普遍大于 80％，大型板坯連鑄機連鑄約100～200 萬 t 鋼才漏鋼一次，已基本可生產(chǎn)無缺陷鑄坯 (包括合金鋼)。而中國連鑄機生產(chǎn)穩(wěn)定性較差，事故相對較多，作業(yè)率還偏低，鑄坯質(zhì)量還有一定的差距。(2)近終形連鑄連軋技術(shù)在國外已產(chǎn)業(yè)化或加快產(chǎn)業(yè)化步伐。目前，國外已投產(chǎn)和在建中的薄板坯連鑄連軋生產(chǎn)線約有 50 多套，薄帶連鑄已建多臺工業(yè)試驗機組，預(yù)計不久將實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。而中國還處于起步階段。(3)國外高效連鑄技術(shù)進一步發(fā)展。國外低碳板坯速普遍大于 2m/min，最高可達3.0m/min；130mm×130mm 和 150mm×150mm 低碳方坯最大拉速分別超過 4m/min 和3.5m/min，連鑄機生產(chǎn)效率大大提高。而中國還存在較大差距。(4)國外的連鑄生產(chǎn)自動控制水平迅速提高。國外連鑄機中已普遍采用結(jié)晶器液面檢測與控制技術(shù)，主計算機鑄坯質(zhì)量跟蹤和判定技術(shù)、漏鋼預(yù)報警與控制技術(shù)在大型板坯連鑄機中得到使用，智能化技術(shù)也有了很大發(fā)展(如智能化二冷段) 。而中國自行設(shè)計的連鑄機總體控制水平還較低。(5)國外精煉比迅速提高，相關(guān)配套技術(shù)同步發(fā)展。目前，國外精煉比已超過 70％，中間包耐材壽命一般可達 30h/包，最高約 100h/包。而中國精煉比僅為 20％，中問包最高壽命 30h/包。(6)合金鋼連鑄比國外較高。目前國外合金鋼連鑄比一般已達到 80％以上，最高可達 92％。而中國低于這個水平下載后文件包含有 CAD 圖紙和說明書,咨詢 Q 197216396 或 1197098532 鋼包加蓋裝置舉升機構(gòu)工況分析、工藝參數(shù)連續(xù)鑄鋼是在鋼水處于運動狀態(tài)下，采用強制冷卻的措施成型并連續(xù)生產(chǎn)連鑄坯的過程，其具體過程為：鋼水不斷的通過水冷結(jié)晶器，凝成硬殼后從結(jié)晶器下方出口連續(xù)拉出，經(jīng)噴水冷卻，全部凝固后切成坯料的鑄造工藝過程。連鑄產(chǎn)品合格率不僅僅取決于連鑄機本身。由于連鑄工藝的特殊性，需要連鑄的鋼種往往對鋼水的成分、夾渣、氣體含量、溫度有極為嚴(yán)格的要求。連鑄鋼水必須具備穩(wěn)定而合適的溫度，不得過高或過低，鋼水溫度過高，會使連鑄坯柱狀晶體發(fā)達，將促進中心偏析、疏松和裂紋等的發(fā)展；鋼水溫度過低，會在鋼包或中間包結(jié)合凍結(jié)，導(dǎo)致澆鑄中斷并惡化連鑄坯的表面質(zhì)量。一般來說，在整個澆鑄過程中鋼水溫度必須穩(wěn)定均勻，其波動范圍應(yīng)小于 20oC。為了滿足連鑄鋼水溫度的要求，首先必須嚴(yán)格控制出鋼溫度，使其在較窄的范圍內(nèi)變化，其次，要最大限度地減少從出鋼、鋼包中、鋼包運送途中以及進入中間包澆鑄的整個過程中的溫降。鋼包回轉(zhuǎn)臺上增設(shè)鋼包加蓋裝置，就是要盡量減少鋼水在澆鑄過程中鋼水溫降，保證澆鑄過程溫度穩(wěn)定，以穩(wěn)定拉速，提高鋼坯的質(zhì)量。該機構(gòu)具有工作環(huán)境惡劣（多塵、高溫 1000oC） 、舉升重量較大（5000kg ） 、懸臂梁長度較長（3500mm）的特點。2.1 起升載荷由設(shè)計條件：鋼包蓋直徑 d=1800mm,厚度 h=150mm查表得鋼的密度: ρ=7.9×103kg/m3鋼包蓋的質(zhì)量 M=ρv=ρ×π/4×δ×d2=3014kg鋼包蓋重 G=Mg=3014×9.8N=29537N取 G=30000N下載后文件包含有 CAD 圖紙和說明書,咨詢 Q 197216396 或 1197098542.2 回轉(zhuǎn)半徑鋼包加蓋機構(gòu)底座安裝在連鑄機鋼包回轉(zhuǎn)臺上，為滿足工作要求，選定機構(gòu)的回轉(zhuǎn)半徑 L=36002.3 起升角度設(shè)定起升角度為 19o2.4 工作周期根據(jù)連續(xù)鑄鋼鋼包澆注時間，確定鋼包加蓋機構(gòu)的工作周期為 2min，工作間歇為 10min。在整個工作周期中，舉升機構(gòu)工作頻繁，因此要求工作平穩(wěn)可靠，參照其工作特點，舉升機構(gòu)選用液壓機構(gòu)。2.5 舉升機構(gòu)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計圖 3.1 為一鋼包回轉(zhuǎn)臺結(jié)構(gòu)圖，設(shè)計的目的在于提供一種可與連鑄機鋼包回轉(zhuǎn)臺配套使用，可自動快速加蓋裝置。鋼包自動加蓋裝置要實現(xiàn)的功能主要包括：水平的旋轉(zhuǎn)運動和垂直的升降運動，以及加蓋和揭蓋動作，本設(shè)計主要解決的是鋼包加蓋裝置的垂直升降問題。下載后文件包含有 CAD 圖紙和說明書,咨詢 Q 197216396 或 119709855圖 3.1 鋼包回轉(zhuǎn)臺1——鋼包 2——傳動裝置 3——塔座 4——轉(zhuǎn)臂 3 設(shè)計方案鋼包加蓋裝置如下圖所示：圖 3.2 鋼包加蓋方案1——懸臂梁 2——支撐 3——回轉(zhuǎn)支承下載后文件包含有 CAD 圖紙和說明書,咨詢 Q 197216396 或 1197098564——液壓驅(qū)動器 5——鋼包蓋 6——轉(zhuǎn)臺回轉(zhuǎn)支承 3 在動力裝置驅(qū)動下，帶動回轉(zhuǎn)臺 6 及懸臂梁 1 做旋轉(zhuǎn)運動，懸臂梁 1 通過支撐液壓缸 2 實現(xiàn)升降運動。兩運動結(jié)合起來實現(xiàn)鋼包快速自動加蓋。4 懸臂梁的設(shè)計計算4.1 舉升液壓缸在懸臂梁上位置的確定圖 4.1 舉升機構(gòu)結(jié)構(gòu)簡圖如上圖所示：由起重臂、變幅油缸和轉(zhuǎn)臺組成的變幅機構(gòu)三鉸點，是平面運動學(xué)的機構(gòu)。為了減小變幅機構(gòu)三鉸點的復(fù)雜程度，必須采取某些合理的邊界條件來約束某些設(shè)計變量。下載后文件包含有 CAD 圖紙和說明書,咨詢 Q 197216396 或 1197098574.2 液壓缸與地面角度確定設(shè)在液壓缸在未舉升時與地面成 60oC 角。4.3 懸臂梁結(jié)構(gòu)形狀的設(shè)計懸臂梁的受力情況如下所示箱形梁是由鋼板焊接而成鋼板的厚度 δ=25選擇材料為 Q235安全系數(shù) n=3.0許用應(yīng)力 σ=130MPa計算抗彎截面系數(shù) ωx=(a4-b4)/(6a)面積 A=2a3δ抗彎截面模數(shù) ωx=I/e=4a3/3=M/[σ]M 最大危險截面上的彎矩，許用應(yīng)力[σ]=130MPaFB+G 臂+G 蓋-FDa=0下載后文件包含有 CAD 圖紙和說明書,咨詢 Q 197216396 或 119709858MFB-MG 臂 B-MCB=0MG 臂 B=G 臂 LBC/2M=G 蓋 LBC已知G 蓋=30000NG 臂=10800N解得 FDa=96020N假設(shè)此時懸臂梁的重力全部加到鋼包蓋上，此時Mb= FDa×LBF-FCLBC=0FC=34924NFB=FCLFC/ LBF=61097NMFB=8.02×104N*m4.3.1 懸臂梁附屬結(jié)構(gòu)的設(shè)計計算圖 4.7 液壓缸在懸臂梁上支撐點位置示意圖下載后文件包含有 CAD 圖紙和說明書,咨詢 Q 197216396 或 119709859圖 4.8 支撐點焊接結(jié)構(gòu)圖即其中心距懸臂梁下鉸點水平和垂直距離分別是 1313mm 和 388mm。4.3.2 懸臂梁上掛鉤液壓缸支撐點結(jié)構(gòu)圖 4.9 掛鉤液壓缸支點在懸臂梁上的位置示意圖下載后文件包含有 CAD 圖紙和說明書,咨詢 Q 197216396 或 1197098510圖 4.10 支撐點結(jié)構(gòu)圖即其中心距懸臂梁下鉸點的水平和垂直距離分別是; 550mm, 300mm。4.4 懸臂梁旋轉(zhuǎn)中心（主軸）的設(shè)計計算選用 Q235 作為本軸的材料4.4.1 軸的情況主軸的設(shè)計包括兩個主要內(nèi)容：強度計算和結(jié)構(gòu)設(shè)計。軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計主要是用來確定軸的合理外形和軸的全部結(jié)構(gòu)尺寸。軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)滿足：軸及軸上零件能固定牢靠，定位準(zhǔn)確；軸上零件應(yīng)裝拆和調(diào)整方便；軸應(yīng)具有良好的制作工藝。4.4.2 軸的尺寸確定1、 軸的徑向尺寸確定本主軸只是用于作轉(zhuǎn)中心，其結(jié)構(gòu)相對簡單。為確保滿足強度要求，選定軸端主要部分直徑為 180mm。主軸與懸臂梁鏈接采用螺栓連接，螺栓孔為 Ф30mm。為滿足鉆孔處強度要求，此處直徑增加為 182mm。主軸軸承采用滾動軸承，查表（GB/T276-1994 深溝球軸承 60000 型 10 系列）選取型號為 6028。其內(nèi)徑 d=140mm，外徑 D=210mm，寬度 B=33mm。下載后文件包含有 CAD 圖紙和說明書,咨詢 Q 197216396 或 1197098511如下圖所示：圖 4.11 深溝球軸承軸承采用軸肩定位，其軸肩直徑由滾動軸承標(biāo)準(zhǔn)中查取。查表得軸肩直徑為：154mm。2、 軸的軸向尺寸的確定主軸各軸向尺寸如圖所示：4.5 軸承端蓋的設(shè)計 由于滾動軸承 D=210，查表得：螺釘選用 M18，即 d3=18mme=（1-1.2）d3,，取中間值 e=20mm端蓋外徑 D2=D0+2.5d3=300下載后文件包含有 CAD 圖紙和說明書,咨詢 Q 197216396 或 11970985124.13 軸承端蓋5 液壓缸的設(shè)計計算支撐液壓缸是整個舉升機構(gòu)的核心部件，其工作能力的高低決定了整個著被的工作能力。5.1液壓缸類型及安裝方式的選擇5.1.1 液壓缸的類型選擇工程用液壓缸的類型很多：①按作用方式分，液壓缸分為單作用式和雙作用式兩大類。單作用式液壓缸，其一個方向的運作考液壓力來實現(xiàn)，而反向運動則依靠重力或彈簧力等來實現(xiàn)。雙作用式液壓缸，其正、反兩個方向的運動都靠液壓力來實現(xiàn)。②按不同的使用壓力，液壓缸又可分為中壓、低壓、中高壓和高壓液壓缸。對于機床類機械，一般采用中低壓液壓缸，其額定壓力為 2.5MPa～6.3MPa；對于要求體積下載后文件包含有 CAD 圖紙和說明書,咨詢 Q 197216396 或 1197098513小、質(zhì)量輕、出力大的建筑車輛和飛機用液壓缸多采用中高壓液壓缸，其額定壓力為 10MPa～16MPa；對于油壓機一類機械，大多數(shù)采用高壓液壓缸，其額定壓力為25MPa～31.5MPa。③按結(jié)構(gòu)型式的不同，液壓缸又有活塞式、柱塞式、擺動式、伸縮式等型式。其中以活塞式液壓缸應(yīng)用最多。而活塞式液壓缸又有單活塞桿和雙活塞桿、缸定式和桿定式的不同結(jié)構(gòu)和運動方式。根據(jù)鋼包加蓋機構(gòu)舉升機構(gòu)的工作條件，工作機構(gòu)的結(jié)構(gòu)特點、負(fù)載情況、速度要求、行程大小和工作要求，選取單桿雙作用液壓缸。其工作特點是何塞雙向運動產(chǎn)生推、拉力，活塞在行程了時不減速。如下圖所示：圖 5.1 單桿雙作用液壓缸5.1.2 液壓缸安裝方式液壓缸的安裝方式可分為很多種，主要包括法蘭安裝、耳環(huán)安裝、耳軸安裝、底座安裝等多種形式。有液壓缸安裝類型，選用耳環(huán)聯(lián)接型安裝形式。如下圖所示：下載后文件包含有 CAD 圖紙和說明書,咨詢 Q 197216396 或 1197098514圖 5.2 液壓缸安裝方式5.2 液壓缸的主要性能參數(shù)5.2.1 舉升液壓油缸的推力當(dāng)懸臂梁處于水平位置，滿載起臂時，對液壓缸上鉸點進行受力分析得：F=FDa/cos30o=110800N所以液壓缸的最大推力為 110800N去安全系數(shù) n=1.5，選推力 F=2×1055.2.2 工作壓力的選擇查表選取液壓缸的工作壓力為 20MPa。5.2.3 速度比表 5.1公稱壓力（MPa）20速度比 ψ 1.33 1.46,2 2依據(jù)表 5.1，選取液壓缸的速度比為 ψ=2下載后文件包含有 CAD 圖紙和說明書,咨詢 Q 197216396 或 11970985155.3 液壓缸幾何尺寸 的計算5.3.1 液壓缸內(nèi)徑 D 的計算根據(jù)載荷的大小和選定的系統(tǒng)壓力來計算液壓缸的內(nèi)徑 D無桿腔進油時F= D2p1- （D2-d2）p24?D= 21)(pdpF??若 p2=0 則 D= = =112mm410.3?5.3.2 活塞桿直徑的計算根據(jù)速度比的要求來計算活塞直徑原則：活塞桿直徑可根據(jù)工作壓力或設(shè)備類型選取液壓缸的直徑，往復(fù)速度比有一定要求時：d=D ???D—--缸桶內(nèi)徑λ----往復(fù)速比計算所得活塞桿直徑 d 亦應(yīng)圓整為標(biāo)準(zhǔn)系列值。由上式計算得 d=88.4mm查表 JB826-66 得，D、d 應(yīng)圓整為標(biāo)準(zhǔn)系列下載后文件包含有 CAD 圖紙和說明書,咨詢 Q 197216396 或 1197098516D：8、10、12、16、20、25、32、40、50、63、80、 （90） 、100、 （110） 、125、 （140） 、160、 （180） 、200、220d：4、5、6、8、10、12、14、16、18、20、22、25、28、32、36、40、45、50、55、63、70、80、90、100、125將其直徑圓整為缸徑 D=125mm，桿徑 d=90mm。 5.3.3 舉升液壓缸的行程計算AB=1580-1376·sin60=388.35mmBC=625+1376·cos30=1313tan∠ACB=0.2958∠ACB=arctan0.2958=16.48o∠ECD= arctan =21.6o158062AC= =1369mmBCA?CD= =1699mm265180下載后文件包含有 CAD 圖紙和說明書,咨詢 Q 197216396 或 1197098517∠A，CD=(90+19—16.48—21.6)o=70.9ocos∠A，CD= CDA*22??所以 A，D＝1799.6mm所以液壓缸的行程為 A，D—AD=423.6mm查表將其圓整為 450mm液壓油的選用與維護5.4.1 液壓油的種類在 GB/T7631.2 一 87 分類中的 HH、HL、HM、HR、HⅤ、HG 液壓油均屬礦油型液壓油,這類油的品種多,使用量約占液壓油總量的 85%以上,汽車與工程機械液壓系統(tǒng)常用的液壓油也多屬這類。以下分別介紹其規(guī)格、性能及其應(yīng)用。l.HH 液壓油按 GB 7631.2 一 87 分類,HH 液壓油是一種不含任何添加劑的礦物油。這種油雖己列入分類之中,但在液壓系統(tǒng)中己不使用。因為這種油安定性差、易起泡,在液壓設(shè)備中使用壽命短。2.HL 液壓油(也稱通用型機床工業(yè)用潤滑油)l)規(guī)格 HL 液壓油是由精制深度較高的中性基礎(chǔ)油,加抗氧和防銹添加劑制成的。HL 液壓油按 40C 運動粘度可分為 15、22、32、46、68、100 六個牌號。2)用途HL 液壓油主要用于對潤滑油無特殊要求,環(huán)境溫度在 O’C 以上的各類機床的軸承箱、齒輪箱、低壓循環(huán)系統(tǒng)或類似機械設(shè)備循環(huán)系統(tǒng)的潤滑。它的使用時間比機械油可延長一倍以上。該產(chǎn)品具有較好的橡膠密封適應(yīng)性,其最高使用溫度為 80’下載后文件包含有 CAD 圖紙和說明書,咨詢 Q 197216396 或 1197098518C。3)質(zhì)量要求(l)適宜的粘度和良好的粘溫性能。要求油的粘度受溫度變化的影響小,即溫度變化不致影響液壓系統(tǒng)的正常工作。(2)具有良好的防銹性、抗氧化安定性。(3)其有較理想的空氣釋放值、抗泡性、分水性和橡膠密封適應(yīng)性。4)使用注意事項(l)使用前要徹底清洗原液壓油箱,清除剩油、廢油及沉淀物等,避兔與其他油品混用。(2)本品不適用于工作條件苛刻,潤滑要求高的專用機床。對油品質(zhì)量要求較高的齒輪傳動裝置、液壓系統(tǒng)及導(dǎo)軌,應(yīng)選用中、重負(fù)荷齒輪油、抗磨液壓油或 HG 液壓油。(3)本油品代替機械油用于通用機床及其他類似機械設(shè)備的循環(huán)系統(tǒng)的潤滑,經(jīng)濟效益顯著,能延長換油周糊,平均節(jié)約潤滑油 1/3-1/2。3.抗磨液壓油(HM 液壓油)l)規(guī)格 ,抗磨液壓油(HM 液壓油)是從防銹、抗氧液壓油基礎(chǔ)上發(fā)展而來的,它有堿性高鋅、堿性低鋅、中性高鋅型及無灰型等系列產(chǎn)品,它們均按 40'C 運動粘度分為22、32、46、68 四個牌號。2)用途(l)抗磨液壓油主要用于重負(fù)荷、中壓、高壓的葉片泵、柱塞泵和齒輪泵的液壓系統(tǒng) J 目 YB 一 D25 葉片泵、PF15 柱塞泵、CBN 一 E306 齒輪泵、YB 一 E80/40 雙聯(lián)泵等液壓系統(tǒng)。(2)用于中壓、高壓工程機械、引進設(shè)備和車輛的液壓系統(tǒng)。如電腦數(shù)控機床、隧道掘進機、履帶式起重機、液壓反鏟挖掘機和采煤機等的液壓系統(tǒng)。下載后文件包含有 CAD 圖紙和說明書,咨詢 Q 197216396 或 1197098519(3)除適用于各種液壓泵的中高壓液壓系統(tǒng)外,也可用于中等負(fù)荷工業(yè)齒輪(蝸輪、雙曲線齒輪除外)的潤滑。其應(yīng)用的環(huán)境溫度為一 10'C-40’C。該產(chǎn)品與丁腈橡膠具有良好的適應(yīng)性。根據(jù)本設(shè)備的工作環(huán)境、工作條件、綜合考慮經(jīng)濟性等因素，選用礦物液壓油。6 液壓缸主要零部件的設(shè)計單活塞桿液壓缸主要由缸底、缸筒、缸蓋、活塞、活塞桿和導(dǎo)向套等組成。缸筒與缸底、缸蓋均采用螺栓連接?；钊c活塞桿采用螺紋連接。為了保證液壓缸的可靠密封，在相應(yīng)的部位設(shè)置了密封圈和防塵圈。單桿活塞式液壓缸結(jié)構(gòu)如下圖所示：圖 6.1 液壓缸結(jié)構(gòu)圖液壓缸的主要零部件包括缸筒、活塞、活塞桿、油口等。6.1 缸體組件缸筒是液壓缸的主要零件，它與缸蓋、缸底、油口等零件構(gòu)成密封的容腔，用以壓力油液，它還是活塞運動的軌道。缸筒組件包括缸筒和缸蓋。這一部分的結(jié)構(gòu)問題，一是缸筒與缸蓋的聯(lián)接方式；二是液壓缸的安裝固定方式。6.1.1 缸筒結(jié)構(gòu)下載后文件包含有 CAD 圖紙和說明書,咨詢 Q 197216396 或 1197098520缸筒結(jié)構(gòu)可分為很多種，通常根據(jù)缸筒和端蓋的連接形式選用。缸筒和缸蓋的連接方式與缸筒和缸蓋的材料及液壓缸的工作壓力等因素有關(guān)。工作壓力 p 較低（p20MPa） 。6.1.2 缸體材料缸體毛坯選用鑄鋼 ZG358。 6.2 缸體計算6.2.1 缸筒壁厚的計算對于低壓系統(tǒng)：液壓缸缸筒厚度一般按照薄壁筒計算。當(dāng) ≥10，壁厚 δ≥ =8.3?D?2PyDPy---試驗壓力。當(dāng)額定壓力 Pn≤16 MPa 時，Py=1.5Pn【σ】--缸體材料許用應(yīng)力。對于鑄鋼，其許用應(yīng)力為 100～110MPa由于 δ/D= =0.0660.31253.8所以 δ≥ = =13.27mmPD3][.??20318.5??將其圓整為 δ=15mm下載后文件包含有 CAD 圖紙和說明書,咨詢 Q 197216396 或 11970985216.2.2 缸底厚度計算選用平行缸底，且缸底無油孔，如下圖所示：圖 6.2 缸底缸筒底部為平面時，其厚度 h 可按照四周鉗住的圓盤強度公式進行近似計算：h=0.433D ?Pyh—缸底厚度 mD—液壓缸內(nèi)徑 mPy—試驗壓力 MPa[σ]—缸底材料的許用應(yīng)力 MPa解得 h=0.433*0.25* =26.5mm10246.2.3 缸筒長度 L 的計算下載后文件包含有 CAD 圖紙和說明書,咨詢 Q 197216396 或 1197098522L=I+B+A+M+C式中：I—活塞的最大工作行程B—活塞寬度，一般為（0.6-1）DA—活塞桿導(dǎo)向長度，?。?.6-1.5）DM—活塞桿密封長度，由密封方式定C—其他長度L=450+100+90+40+300=975mm6.2.4 缸體與端蓋聯(lián)接計算缸體與端蓋的聯(lián)接形式包括法蘭連接、半環(huán)連接、內(nèi)半環(huán)，其結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、裝卸方便，但因缸體上開了環(huán)形槽，強度削弱，螺紋連接、焊接連接、拉桿連接、螺栓連接等。1. 缸蓋與缸體聯(lián)接計算根據(jù)設(shè)備用途，本設(shè)備缸體蓋部的連接型式。參照表 37.7-46 選用法蘭聯(lián)接。如下圖所示：圖 6.3 缸體與缸蓋聯(lián)接示意圖此聯(lián)接的特點是結(jié)構(gòu)簡單，易加工，易裝卸。下載后文件包含有 CAD 圖紙和說明書,咨詢 Q 197216396 或 11970985232. 缸底與缸體連接計算本設(shè)計缸底與缸筒采用螺紋聯(lián)接。螺紋處的拉應(yīng)力為：σ=61024??ZdKF?螺紋處的切應(yīng)力為MPako562.013.0????K—螺紋擰緊系數(shù)，因其為靜載荷，取 K=1.3K1—螺紋內(nèi)摩擦系數(shù)，一般取 K1=0.12do—螺紋外徑d1—螺紋內(nèi)徑，當(dāng)采用普通螺紋時，取 d1= do-1.0825t合成應(yīng)力為：σ= ][3.12??????極端，查表 GB/T5782-2000 六角頭螺栓，選擇螺栓 M20 作為聯(lián)接螺栓。6.2.5 缸體的制造加工要求缸體內(nèi)徑采用 H8/H9 配合?；钊没钊h(huán)密封，其表面粗糙度 Ra 為 0.2～0.4um，需衍磨。熱處理：調(diào)質(zhì) HB≥241～285。缸體內(nèi)徑圓度公差按 10 級精度選取，圓柱度公差值按 8 級精度選取。缸體斷面的垂直公差度按 7 級精度選取。為防止腐蝕和提高壽命，缸體內(nèi)表面鍍以 30～40um的鉻層。鍍后進行衍磨或拋光。下載后文件包含有 CAD 圖紙和說明書,咨詢 Q 197216396 或 11970985246.3 活塞組件活塞組件，由活塞與活塞環(huán)組成，活塞通過螺紋與活塞桿連接。其特征在于活塞中部有一環(huán)形槽，環(huán)形槽截面為矩形。活塞環(huán)空套在環(huán)形槽中，活塞環(huán)是一橡皮環(huán)，活塞環(huán)高度小于矩形槽高度。活塞端面上均布有與活塞環(huán)內(nèi)面相通的通道。活塞外徑小于筒體內(nèi)徑，活塞環(huán)外徑略大于筒體內(nèi)徑，本實用新型結(jié)構(gòu)簡單，使用可靠，制造成本較低，使氣筒、壓縮式噴霧器、活塞式液泵的工作效率大大提高，且易損件更換方便。6.3.1 活塞與活塞桿的連接活塞與活塞桿連接有很多型式，如卡環(huán)型、軸套型、螺母型、焊接型等，所有型式都需要有鎖緊措施，以防止工作時由于往復(fù)運動而松開。本設(shè)備活塞和活塞桿的連接方式選用螺紋連接，如下圖所示：圖 6.5 活塞、活塞桿聯(lián)接示意圖1—活塞桿 2—活塞 3—密封圈 4—彈簧圈 5—螺母6.3.2 活塞1、活塞材料用優(yōu)質(zhì)碳素鋼 35 號下載后文件包含有 CAD 圖紙和說明書,咨詢 Q 197216396 或 11970985253、 活塞尺寸及加工公差 活塞寬度 L=0.6～1.0d，本設(shè)備 L 取 90mm。活塞外徑的配合一般采用 f9，外徑對內(nèi)徑的同軸度公差度不大于 0.02mm，斷面與軸線的垂直度公差不大于 0.1mm，外表面的圓度和圓柱度不大于外直徑公差的一般?；钊耐鈭A粗糙度 Ra 值為 0.3um。6.3.3 活塞桿結(jié)構(gòu)本設(shè)備活塞桿采用實心桿。1、 活塞桿的材料 活塞桿采用 45 號鋼。2、 活塞桿的計算1）活塞桿的直徑由前面的計算可知，d=90mm2）活塞桿的強度計算本液壓桿活塞桿在穩(wěn)定工作情況下，只受軸向的推力，可以近似地用直桿承受的拉載荷的簡單強度計算公式進行計算。σ= ≤σP61024??dF?F—活塞桿的作用力 Nd—活塞桿的直徑 mσP—材料的許用應(yīng)力 MPa活塞桿一般都有螺紋、退刀槽等結(jié)構(gòu)，這些部位往往是活塞桿上的危險截面，需進行強度校核，危險截面的合成應(yīng)力應(yīng)滿足：- 0 -New Trends and Problems in Material Processing Machine Design TheoryWANG Ai-lun ,DUAN Ji-an ,HUANG Ming-hui ,ZHONG Jue(College of Mechanical 超常物理場;制備機械;功能材料1．機械材料加工的時代背景在人類進步的一段長時間范圍內(nèi)，許多工具、機械和方法被提出來；不同的原料用不同的工具來加工。原料及其處理過程已經(jīng)變成了推動人類進步不可缺的一部份。在當(dāng)前世界中日益激烈的競爭和人們追求幸福生活的今天，物質(zhì)的功能已經(jīng)遠遠超出了人類現(xiàn)有的并不斷增長的知識及想象。例如：神秘原料功能，半導(dǎo)體材料，原料能量有吸力的材料，在航空領(lǐng)域中占有70%份額的強力鋁合金4~5um的薄金屬片，用各向異性深沖壓金屬板在1%以下；電子鋁箔與強耐熱鋁合金已經(jīng)被應(yīng)用到航空、宇宙及深海領(lǐng)域中，等等；在原料加工加工領(lǐng)域中不同的時間段里，材料重要發(fā)展趨勢就這樣形成了：（1）在特殊的物理領(lǐng)域里制造原料加工機械，是為了能有特殊的質(zhì)地結(jié)構(gòu)和輔助性的加工功能。例如：運用熱能和機械能能夠突破科學(xué)技術(shù)的極限，將一些不常用的能量，例如：微波、化學(xué)能、生物能等等，一個接一個的被引入到材料加工中來，因此一些加工特殊能量原材料的加工設(shè)備就被制造出來了。（2）突破傳統(tǒng)的物質(zhì)限制，將溶化、凝固、造型一體化，然后加熱得到具有特殊功能的原料，這樣就可以降低加工費用。例如：材料加工整形技術(shù)，比如像快速翻滾，噴霧處理、塑膠成型、噴射造型法、高能量射束等等被應(yīng)用。（3）原料加工處理正在向高速、重載和高精度在線控制方向上邁進。例如：軋制- 2 -速度達到130m/s，壓力變形已達到300MPa，尺寸精度達到了0.1um ，成型精度已達到0.1i；濃度精度已達到0.1MPa。由于這些原因，原料加工機械設(shè)備設(shè)計理論將科學(xué)與技術(shù)相關(guān)聯(lián)的領(lǐng)域有機的結(jié)合起來設(shè)計生產(chǎn)一中新概念材料加工設(shè)備是可能的。2．對于新概念材料加工設(shè)備的期望功能（1）要有能力生產(chǎn)具有特殊物質(zhì)的領(lǐng)域；能傳送那些對于新概念材料加工在特定的物質(zhì)環(huán)境下是非常必要的特殊能流。例如：在高溫環(huán)境下能使那些高溫波或者脈沖以超過104~106K/s的速度冷卻下來；將外表面的凝固、變形合成一體，然后在將超強接觸面應(yīng)力重新組合成新的分界面；融化的大金屬薄片的湍流；隨機的低頻率磁場用于金屬末加熱的微波、用于大量凝固的超聲波等等都已經(jīng)被應(yīng)用了。（2）有能力在臨界狀態(tài)下工作，因此高穩(wěn)定性和理想性能的處理設(shè)備是在加強技術(shù)條件和室外操作的保證。例如：禁止在潤滑狀態(tài)下邊界上的搖晃；在特有的摩擦狀態(tài)下的抗震能力；有韌性的連接管的合力穩(wěn)定性和干擾穩(wěn)定性與軸相比更易驅(qū)動系統(tǒng)。（3）有能力精確的控制原料加工而獲得低損耗、高功率、高性能的原料加工。例如：精確的在線監(jiān)測產(chǎn)品成型；在線監(jiān)測和在線調(diào)整產(chǎn)品品質(zhì)和器具還有在線控制金屬、塑膠成型的程序。產(chǎn)品的精確度指數(shù)可以列舉如下：宏觀上精確度可達到0.1um ，微觀上的晶狀體結(jié)構(gòu)非常均勻，濃度誤差在0.1MPa 。簡而言之，擁有特別功能的新概念原料加工設(shè)備應(yīng)該被設(shè)計和生產(chǎn)出來。這樣的話，那些特別性能的原料就能被處理加工了。- 3 -3．在特殊的物理領(lǐng)域和環(huán)境下金屬材料加工設(shè)備的問題和需要學(xué)習(xí)的內(nèi)容由于這些原因和以上提到的背景，如下的一些新的研究主題應(yīng)該被改進：3.1 連接傳熱裝置和溫度應(yīng)力場的相界面當(dāng)融化金屬處于液體和固體的臨界狀態(tài)時通過連續(xù)的變形和快速凝固，一種全新的微觀結(jié)構(gòu)可以被獲得。在這個非常時刻，高濃度的熱流和動態(tài)的熱阻力在材料加工處理中成了主要事項。關(guān)于設(shè)計這個設(shè)備的基本理論問題是要學(xué)習(xí)核心傳動系統(tǒng)合能量轉(zhuǎn)化和建立數(shù)學(xué)模型。3.2 材料加工設(shè)備表面粘流摩擦力的抑制操作裝置和工件的連接是相當(dāng)復(fù)雜的因為粘流阻擋了加工表面界面態(tài)由周轉(zhuǎn)速度、熱力學(xué)處理工作量、操作裝置的彈性、工件的可塑性、滑性界面的動態(tài)行為、局部水力的潤滑油等等來決定。它們影響著材料加工設(shè)備抗摩擦裝置的成型。因為它們會會強制其產(chǎn)生很大的非線性，這種強制會在瞬間被損壞或者是失諧，最后會導(dǎo)致動態(tài)不穩(wěn)定性。因此提出了以下的問題：機械裝置的噪聲可能在晃動的界面引起滑動摩擦、不穩(wěn)定狀態(tài)；在高速、重載和邊界潤滑狀態(tài)下在光滑表面和旋轉(zhuǎn)式噴灌器之間的裝置抑制。潤滑油薄膜吸收裝置和不斷再生的表面的物理化學(xué)行為；流變學(xué)的特征和操作參數(shù)之間的關(guān)系。3.3 在高壓場條件下非線性接觸式機械裝置在大范圍內(nèi)組建一個超強力壓力場是材料加工設(shè)備的一個基本功能。當(dāng)然形成一個大結(jié)構(gòu)的元素也是可能的（例如太空船、大陸洲際間的交通工具、汽車、飛機）。- 4 -組建一個超強壓力場是最重要的特征之一，也是保衛(wèi)國家獨立最基本的裝備。在強壓力場環(huán)境下，接觸式和非線性摩擦將會產(chǎn)生；因此將會導(dǎo)致局部的永久的變形和不好的因素。在強壓力場下設(shè)計過程中，將會涉及到設(shè)備的設(shè)計新理論，例如：非接觸式、非線性摩擦機構(gòu)。3.4 負(fù)荷分配規(guī)律關(guān)于超靜定結(jié)構(gòu)，抑制點的負(fù)荷分配規(guī)律由相容性條件決定。雖然，關(guān)于那些大尺寸的、不定的、靜止的結(jié)構(gòu)在真實空間中是自由變化的，但負(fù)荷分配規(guī)律是不能決定相容性條件。因此新的基礎(chǔ)理論由分析接觸行為和變形裝置獲得（例如：摩擦力、變形相容性條件，等等）。3.5 耦合裝置和在材料加工系統(tǒng)中物理領(lǐng)域內(nèi)的穩(wěn)定性隨著系統(tǒng)的功能越來越多元化；許多限制材料加工進度的傳統(tǒng)技術(shù)正在不斷的被改善；系統(tǒng)結(jié)構(gòu)也逐漸變得越來越復(fù)雜，系統(tǒng)性能變得越來越好。例如：鋼扎廠的快速瞬間反轉(zhuǎn)受彈性形變、粘流、散熱處理、水動力潤滑處理的，物理化學(xué)分子狀態(tài)的影響。另外，機電的耦合在處理系統(tǒng)中已經(jīng)超出了傳統(tǒng)的概念；例如，一些奇特的現(xiàn)象（微小的變化可以引起很大的變化）已經(jīng)出現(xiàn)；因此，滾筒操作的不穩(wěn)定性可能會導(dǎo)致混亂。所以，這個主題將會在機械裝置的物理領(lǐng)域中，在處理系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響和加工助劑質(zhì)量上被提及和充分關(guān)注；3.6 技術(shù)綜合和合并精準(zhǔn)的控制在特定的物理條件下進行操作的材料加工設(shè)備是一個相當(dāng)復(fù)雜系統(tǒng)，一些系統(tǒng)的參數(shù)在領(lǐng)域的邊界上也是可以改變的；因此在領(lǐng)域環(huán)境下精確的控制與調(diào)整，調(diào)和尺寸，能量轉(zhuǎn)換，信息傳遞，界面耦合等等是非常重要的。因為在控制模型中多種交互作用的存在，根據(jù)退耦控制模型而建立綜合框架是必要的；精確的控制基于綜合技術(shù)。3.7 優(yōu)化的和創(chuàng)新的設(shè)計基于創(chuàng)新的知識材料加工技術(shù)能促進產(chǎn)品的設(shè)計質(zhì)量的提高。最優(yōu)化的材料加工技術(shù)和材料加工設(shè)備意味著實現(xiàn)實質(zhì)的仿真通過類似的設(shè)計和一致的設(shè)計是我們學(xué)習(xí)的主題。3.8 在特殊的領(lǐng)域里機械裝置的特殊功能和應(yīng)用一些重要的元素和部分在材料加工設(shè)備中常常在強力場、溫度場、電磁場和流場- 5 -中工作，有建造特別物理界面的功能；雖然對那些普通單一的物質(zhì)象金屬、陶瓷等擁有單一的高指數(shù)和卓越的總質(zhì)量是很困難的。因此我們需要在重要部位采用具有新功能的原料；例如：尺度功能有傾向的材料是想當(dāng)可貴的。由于這些原因，學(xué)習(xí)基本法律和以上提到的具有這些功能的機械裝置；例如：強調(diào)分配功能、破壞機理和在特定領(lǐng)域中的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，靜態(tài)（動態(tài)）的硬度和阻尼，模糊設(shè)計和明朗設(shè)計處理系統(tǒng)構(gòu)成了有斜度的材料，等等。今天，材料加工科學(xué)和技術(shù)正在快速的向前發(fā)展；把學(xué)習(xí)的目標(biāo)瞄準(zhǔn)材料加工設(shè)備的技術(shù)問題將會為21世紀(jì)的制造業(yè)提供技術(shù)支持。- 6 -Abstract :Based on reviewing the historical background, prospecting for the development trend ,analyzing the complicacy and mechanism and summing up some achievements and experiences in scientific research , several new problems and the possible direction of development in material processing technology and machine are proposed ,such as ,producing new concept materials possessing some specific and extraovdinary properties by means of integrating and coalescing conelative frontier science and technology ;and thereafter a brief discussion is given.Keywords: interface; extraordinary physical field; procession machine ; function material1 The Time Background of Material Processing MachineIn the long span of history of human progress ,many tools ,machines and methods were created and a variety of materials with different properties were processed. Materials and its processing have become one of pillar and driving force of mankind progress. In pace with multi - polar competition in current world and people’s striving perseveringly for happier life ,material function goes beyond unceasingly men’s knowledge and imagination ,for example ,cryptic function material ,semiconductor material ,energy material ,vibration - absorptive material , super - strength aluminum alloy accounting for 70 percent of application of aeronautics and space ,metal foil of 4～5μm ,deep drawing plate with anisotropy below 1 percent ,electronic aluminum foil with micro - orientation up to 95 percent ,heat resisting aluminum alloy with super strong specific strength used in aeronautics ,space and deep sea ,etc. Thus several important development trends with distinct time features in material processing domain are shaped up as follows :(1) Creating material processing machine with extraordinary physical field for - 7 -processing material with special texture structures and functions. For example ,applications of thermal energy and mechanical energy are breaking through unceasingly technology limit ,and some non - tradition energy ,such as microwave ,chemical energy , bioenergy , etc. , are introduced into material processing procedure one after another ,so that some material processing machines with extraordinary energy circumstance are produced.(2) Breaking through traditional physical limits and integrating melting ,solidifying ,plastic deformation and heat treatment to obtain special function of material and cut down expenses[3 ] . For example ,near - net shaping material processing technology , such as fast rolling , spraying deposition ,over - plastic molding , injection molding , high energy beam ,etc ,is applied.(3) Material processing process is forged ahead in the direction of high speed ,heavy - duty and high accuracy online control ,for instance , the rolling speed goes up to 130 m·s - 1 ,the deformation pressure rises up to 300 MPa ,accuracy of dimension up to 0.1μm ,accuracy of shape up to 0. 1 I ,strength accuracy comes up to 0.1 MPa. For these reasons ,it is necessary for material processing machine design theory to integrate and coalesce ingeniously correlative frontier science and technology to create and produce some new concept material processing machine with following functions.2 Due Functions of New Concept Material Processing Machine(1) To have the ability to produce and bear extraordinary physical field and transmit extraordinary energy flow with the aim of providing extraordinary physical circumstances necessary for new concept material processing. For example ,high gradient temperature field with the speed of cool - down of work interface which exceeds 104～106 K·s - 1 , line wave and pulse complex exerted in solidifying - deforming area , super - strength contact stress field of material forming interface ,turbulent flow field of molten metal with very big flakiness ratio ,low frequency magnetic field with random frequency ,microwave field for powder metal heating ,ultrasonic field for large volume solidifying ,etc. [4 ] ,are applied.(2) To have the ability to work in critical state so that high stability and ideal performance of processing machine is ensured under the circumstance of reinforced technological condition and multi - field coupling operation. For example ,chatter suppressing capability of fast ultra - thin rolling under the condition of boundary lubricating state[5 ] ,the capability of self - excited vibration suppressing under the condition of special friction state ,synergism stability and disturbance stability of flexible connecting parallel shaft with multi - driving system ,etc. [4 ] ,are ensured.(3) To have the ability to accurately control the material processing in order to obtain low loss ,high efficiency and high quality of material processing. For example , super - high accuracy on - line monitor of products form ,on – line monitor and on - line adjustment of products texture and properties ,precision coordination control of multi - procedure , on - line monitor of micro - orientation of metal plastic deformation ,etc. [4 ] ,are ensured. Some - 8 -products accuracy index may be enumerated as follows : dimensional accuracy coming to 0.1μm , microstructure uniformity to crystal lattice ,strength error to 0.1 MPa ,etc. [4 ] In short ,only by new concept material processing machine with extraordinary function being designed and made , can special function material be processed.3 Science Problems and Study Contents of Metal Material Processing MachineUnder the Circumstance of Extraordinary Physical FieldIn view of these facts and background mentioned above ,several new research topics can be advanced as follows.3. 1 Coupling Heat Transfer Mechanism of Multi - Phase Interface Temperature - Stress FieldA brand - new microstructure can be obtained through continuously large deformation and fast solidifying when melting metal is in critical state of liquid solid. At this very moment ,high density heat flow and dynamic heat resistance are present in material processing circumstance . A basic theory problem of designing this kind of machine is to study mechanism of heat transmittance and energy conversion ,and to establish mathematical model .3. 2 Friction Constraint Mechanism of Plastic Flow Interface of Material Processing MachineThe coupling between operation mechanism and workpiece is very complicated because plastic flow is present in processing interface. The interface state , determined by velocity , load thermodynamic process , elasticity of operation mechanism ,plasticity of workpiece ,dynamic behaviour of interface sticking - sliding and partial hydrodynamic lubrication ,etc ,affect and form friction constraints mechanism peculiar to material processing machine ,because these constraints present strong non - linearity ;and under certain circumstances ,the constraints may be destroyed or mismatched instantaneously and thus dynamic instability is resulted in. Thus following problems can be put forward : Mechanism of“spectre chatter”arose from sticking - sliding friction and partial hydrodynamic lubrication in rolling interface , instability condition and mechanism of constraint between smooth surface and rotating body under the circumstance of high speed ,heavy - duty and boundary lubrication , Lubrication film absorption mechanism and physical chemistry behaviour of interface of - 9 -unceasingly regenerative surface ,the relationship between rheological characteristic and machine operation parameters.3. 3 Multi - Body Non - Linear Contact Mechanism Under the Condition of Extra - High Pressure FieldTo build the super strength pressure field on large area is one of basic function of material processing machine , and it is also necessary to form by once large - size structure element (such as spacecraft , intercontinental vehicles ,car and large - scale aeroplane etc) . The ability to build super strong pressure field is one of important feature and the base of independent national defense. Under the circumstance of super strength pressure field ,multi - body strong nonhertz contact and non - linear friction will be produced ,thus local permanent deformation and degrading of element accuracy may be led. New theory foundation of design of machine with super strength pressure field will be furnished through study of multi - body strong non - hertz contact mechanism , multi - body non - linear friction mechanism (such as providing force - displacement mixed solving process of three - dimension multi - body) .3. 4 Load Distribution Law in Multi - Sliding Pair With Structure Bias LoadWith regard to statically indeterminate structure ,load distribution of constraint point is determined by deformation compatibility condition. However ,concerning some plane large - size statically indeterminate structure with sliding degree of freedom in third dimension ,load distribution can not be determined by deformation compatibility condition. Thus new theory basis will be provided by analyzing of contact behaviour and mechanism of sliding pair (such as creep ,force of friction ,integral deformation compatibility condition ,etc) .3. 5 Coupling Mechanism and Stability of Multi - Physical Fields in Material Processing SystemsIn the wake of system function becoming more and more diversified , conventional technology limits in material processing machine is being broke through unceasingly ,system structure also becomes increasingly complicated ,and system performance becomes increasingly multi - causal . For example ,any instantaneous state of roller in fast rolling mills is affected by elastic deformation ,plastic flow ,heat transfer process , hydro - dynamic lubrication process ,interface physical chemistry molecular state and so on . In addition ,electromechanical coupling in processing system have already gone beyond conventional concept ,for instance ,some singular point phenomenon (such as micro - variable can be transformed into macro - variable) ,are present ,thus roller operation instability may be led by perturbation[8 ] . Therefore ,this subject will study the interaction mechanism of multi - physical field and the influence on processing system stability and processing material quality started with analysis of micro - state of executive body.- 10 -3. 6 Multi - Technology Integration and Coalescence of Accurate ControlThe material processing machine ,which operate under the circumstance of extraordinary physical field ,is a complicated large - scale system ,and some parameters of the system vary on feasible field boundary ;thereby ,to keep under accurate control and adjustment of multi field circumstance ,multi - dimension coordination ,multi - energy conversion , multi - level information transfer ,interface multi - process coupling ,etc. is of much significance. Since a variety of multi - interaction exists in control model ,it is necessary to establish integration framework of coordination work according to decoupling of control model ,so as to accurate control based on the multi - technology integration and coalescence is realized.3. 7 Quasi - Reality Design and Concurrent Design Based on Knowledge Innovation SystemsDigitalization and visualization of material processing technology will promote immediately the quality of design, operation and control . Therefore optimization of material processing technology and material processing machine by means of realization of virtual simulation of processing procedure through quasi - reality design and concurrent design is one of our pressing study subjects.3. 8 Mechanical Behavior of Special Function Materials in the Extraordinary Physical FieldMany key elements and parts in material processing machine are often under the circumstance of super strong force field ,temperature field ,electronic magnetic field and flow field ,and must have the functions of constructing special physical interface. However ,it is difficult for common single - substance material such as metal ,ceramic polymer ,etc. to have both high index of single property and excellent overall quality. Therefore we need to use certain material with new functions for key position[9 ] ,for instance ,multi - dimension function gradient material with ultrahigh physical property ,multi - dimension function gradient material with intelligence. For these reasons ,it is necessary to study basic law and mechanism of these kind of function material mentioned above ,for instance ,stress (strain) distribution function ,failure mechanism and design criteria of material under the circumstance of extraordinary physical field ,static (dynamic) stiffness and damping ,digitalization design and visualization design of processing system made of gradient function material ,etc ,so that the general mechanics law of element which is under the circumstance of extraordinary physical field and made of anisotropy multi - dimension gradient function material is obtained. Nowadays ,material processing science and technology is forging rapidly ahead. A forward - looking study aiming at key technology problem of material processing machine will provide theory and technology reserve for manufacturing science and industry of 21st century.