自行车机头弯管机设计【全套机械图纸】rar1自行车机头弯管机的设计摘要：21 世纪以来，共享单车已成为一热门词汇，对自行车的制造要求也越来越高，在所有的制造工艺中，自行车的机头弯曲工艺是其中较为重要的一部分，本文基于这个工艺设计了一种 V 型压弯式的弯管机，该弯管机具有结构简单、通用性强、体积小、维修方便等多种特点。文中对圆管的弯曲理论进行了分析，对圆管在弯曲过程中的形变及回弹现象进行了介绍，并对弯曲力矩的计算进行了总结。为实现更好的弯曲效果，对关键零部件：凸模及凹模进行了重点设计与分析，并对弯管机进行了建模并绘制出了装配图及部分关键零部件的工程图纸。关键词：自行车机头；弯管机；弯曲；压弯机2目录第一章 绪论.31.1 研究目的及意义.31.2 弯管机概述.31.2.1 弯管机的发展.41.2.2 弯管机的成型特点.51.2.3 自动弯管机.51.2.4 手动弯管机.61.3 本文主要研究内容.71.4 本章小结.8第二章 弯管机简介及其理论.92.1 常见的弯管机类型.92.2 弯管的弯曲理论.112.2.1 管材弯曲变形及最小弯曲半径.112.2.2 管材截面形状畸变.122.2.3 弯曲力矩的计算.162.2.4 弯管回弹计算.172.3 弯管质量分析.182.4 本章小结.20第三章 自行车机头弯管机的总体设计.213.1 凸模的设计.213.1.1 凸模的简介.213.1.2 凸模的结构设计.223.2 凹模的设计.233.2.1 凹模的简介.233.2.2 凹模的结构设计.243.3 自行车机头弯管机的总体设计.253.4 本章小结.26总结与致谢.27本次课题总结.27致谢.28参考文献.293第一章 绪论1.1 研究目的及意义随着社会的急速发展，城市的人口变得越来越多，急剧增加的人口使得交通也变得越来越拥挤，传统的汽车出行逐渐不再那么火热，而自行车已经越来越成为当代人们喜爱的交通工具。随着电子支付的问世，使得共享自行车已经走向了大街小巷，在许多大城市的人行道随处可见自行车整齐地排在路侧，甚至“小黄车”逐渐占领了人行主干道，由此可见自行车在当代社会中的火热程度。骑自行车出行已经成为了一种十分时髦的低碳出行方式。经常骑自行车不但仅仅是一种流行的出行方式，其实它也可以给骑行者带来诸多好处，下面对这些优点进行简单的介绍：自行车作为一种体力运动，它可以通过循环有规律的运动来克服一些心脏功能及毛病。在世界范围内的疾病中，特别是年纪较大的老人中，这一群体由于身体器官功能的逐渐减弱或丧失，大约有半数的老年人是死于直接心脏病或者是心脏病并发症。而骑自行车可以借助腿部的循环运动来促使血液的流动更加畅通，当血管活动起来后管中的压力更小，这就能使得位于血管末梢的血液抽回心脏，增强血液的活动性能，并可以强化血管组织，这一系列的活动称为“附带循环” 。强化血管的输送能力可以减少骑行人因器官老化引起的供血不足或阻塞等问题。另外，骑行自行车还是一种减肥的良药，大量的腿部运动可以加速体内多余脂肪的消耗。除减肥之外，经常性的骑车活动还可以使得人保持一种良好的身材、运动能力与耐力等。随着自行车的广泛普及，工程应用中也对自行车的制造提出了更多的要求。自行车虽然是一种相对较简单的机器，但从它的生产到成品依然是一个十分复杂的工艺过程，每个工艺过程都需要进行大量的设计及计算。比如，在自行车在制造过程中，需要对机头进行弯曲，使得机头形成一个更符合形体学特征的形状或弯曲度，能够让使用者使用得更加舒适，骑行更安全。因此对自行车机头进行弯管处理是一项十分重要的工艺，本文基于这一弯管工艺展开了一系列的研究，设计了一种弯管机，该弯管机可用于自行车机头圆管的弯曲，并且能够通过更换压管头满足极大或极小角度的圆管弯曲，具有结构简单、操作方便、省时省力、高效率等诸多特点。1.2 弯管机概述弯管机是对管材弯曲变形加工至理想形状的重要设备。除此之外，由于弯管机的强大应力或推力，大部分弯管机在解体后当成千斤顶来使用，功能十分多样。弯管机主要被应用在电力施工、桥梁、船舶、公铁路建设、工厂加工等多方面领域中。弯管4机的种类多样，它具有功能多样、结构简单、操作便捷、使用方便及易于拆卸安装等多种特点点。因为弯管机的应用如此广泛并具有多种优点，使得管材弯曲这一行业逐渐兴起并发展起来。管材的弯曲有许多种方式及分类，其中按照弯曲方式的分类形式可分为绕弯、压弯、推弯以及滚弯四种形式；按弯曲过程中是否进行了加热工艺可分为冷弯和热弯两种；按过程中是否有填料(或芯棒)存在可分为有芯弯管和无芯弯管；根据动力的传动方式不同可分为机械传动、手动、气动以及液压传动四种。1.2.1 弯管机的发展我国是一个具有悠久历史的国家，弯管机加工工艺可追溯到青铜器时代，并逐渐形成一定的规模并不断在发展中。从目前出土的历史产物中可以看到，从殷商时期开始已经具有相当成熟的青铜冶铸业，并随之产生了多种不同功能与用途的青铜工具，如青铜刀、锉、锯等等。从出土的文物与记录可以看出，那个时期中生产的青铜工具的制造过程中比较复杂，大多数的零件在其制造过程中都会使用预压力的方式来加工零件，压力机的雏形逐渐形成。多种形式的工具也加速了我国生产行业的发展，有记载表明，早在三千多年前的商时期就已经出现了加工琢玉的回转工具，这种工具的加工原理实质就是金属切削工艺的前身，早在十九世纪 60 年代，位于河北的墓中出土了汉朝五铢钱，它的外圆上可以看出存在经过压制的痕迹，而且那是的加工手段已经比较成熟，从钱的表面可以看出刀花的形状比较均匀，表面的纹理十分清晰，同时钱币的椭圆度也较小，这种加工工艺方式类似是弯管机的前身。美国在上世纪 50 年代立式弯管机开始问世并逐渐应用，当时的弯管工艺可以用于 6 至 30 英寸壁厚钢管的弯曲，当时的弯曲机只能使用冷弯技术。弯曲机一直发展直到 70 年代，热弯机开始出现并在原来弯曲机的基础上使得性能有了进一步的完善。同一时期，弯管内胎的应用方法研制成功，将内胎与冷弯机配合使用时，可以直接用于弯制薄壁高强度大口径的钢管，如远距离的输油管道，此时最大弯管直径已经可以达到 60 英寸三亿体育登录入口。根据已有的资料显示，原苏联在弯管机方面的研究较晚，冷弯管机大约从 20 世纪的 60 年代才逐渐应用至工业方面，不过那个阶段中他们的技术已经可以与欧美进行比较，弯管机的功能较齐全。苏联的弯曲设备中主机液压系统大部分均采取卧式或半卧式结构，这样的布置使得机器占用的地面空间较大，同时也造成了运输的困难程度及现场布置的困难程度。目前，弯曲机的生产厂主要以冷弯机生产厂为主，由于大型弯管机所需要的动力较大，基本以液压动力为主，因此主流机型的基本结构以垂直布置的液压式冷弯机为主。按照内胎的不同形式分为气动式和液压式两种，他们有着不同的特点。其中，气动式内胎的特点在于压缩部件的运行速度较快、快速的运行速度使得弯管具有较高的效率，但整个工作系统的运行平稳性较差，难以准确控制。液压式内胎的结构更加紧凑，液压传动使得运行更加平稳可靠，但运行速度较慢，弯管效率较低。 5我国目前的弯管机设计多种多样，大部分弯管机主要包括以下一些部件：1.摇臂，它其作用是保证管件经弯曲后的弯曲半径满足设计要求，摇臂包括夹紧座，它主要用于限制钢管在弯曲过程中反弹现象的出现。2.矫直辊，它是一种防止待弯管在弯曲过程中发生垂直方向变形的功能间，矫直辊常与浮动夹具配合使用，这样的配合可以保证弯曲后在形状方面符合设计要求，主要用于椭圆度的限制。3.导向辊装置，这一装置主要由两组导向辊及其夹紧系统组合而成，导向辊配合摇臂，共同运动即可完成待弯管在水平方向的弯曲。4.推送装置，该装置主要用于待弯管的前进运动，使得弯管在摇臂和导向辊联合作用发生弯曲。5.驱动装置，这部分装置是推送装置的动力源，也是整个弯曲机的动力源。随着科学技术的发展与不断完善，弯管机的型式也逐渐开始实现了多样化、功能化，这样的条件使得弯管性能得到了大幅度地提高，也可以实现各种类型圆管的弯曲，比如对于本文设计的自行车机头的弯曲工作，使用中小型弯曲机即可满足要求。若工作量较大，可使用数控液压式的弯管机；若工作量较小，预算成本较低，可设计成手动式弯曲机。1.2.2 弯管机的成型特点若要设计一种合适的弯管机，应当对弯管机的工艺及成型特点进行详细的了解。将问题细化后，我们可以发现弯管机对管材的弯曲原理与板料的弯曲原理一致。当处于纯弯曲的条件下，一个外径为 D，壁厚为 t 的管子在承受到一定外力矩大小的作用并发生弯曲变形时，位于壁中中性层外侧的部分应当受拉应力作用，假设大小为 1，这种应力使得管壁有变薄的倾向；与之相反的是，中性层内侧的比分应受到压应力的作用，大小与拉应力大小一致，管壁有变厚的趋势。弯管的横截面形状在合力 F1 及 F2 的综合作用下，原本的圆形将逐渐转变为近似椭圆形。若弯曲量过大导致变形量过大时，外侧的管壁拉扯力太大将导致裂纹的产生，相对应的内侧管壁则会因为压缩力过大而出现起皱的现象。因此管材在弯曲过程中的变形程度，主要取决于内外直径的比值 d/D及相对厚度 t/D 的大小这两个数值越小，意味着弯管受到的变形程度越大。为了保证成形质量在一定条件内，我们必须通过调整参数来控制弯管的变形程度，管材的弯曲条件取决于材料的力学性能及其弯曲方法，同时还应该考虑相应的使用要求。弯管的成形极限主要有以下内容：（1）位于中性层外侧的拉伸区中伸长变形极限不应超过材料的塑性变形的规定值；（2）被内侧 压压缩变形区压应力作用的薄壁部分不能起皱；（3）若对管件的弯曲有一定椭圆度要求时，应当避免横截面产生畸变现象；（4）若管件要求有一定内压力强度的额外要求时，应当控制壁厚减薄的成形极限。61.2.3 自动弯管机管类零件因内部中空的特点，使得成型件的质量较轻且能承受一定的弯矩与拉压应力条件，管类零件已经被应用至许多场合。作为主要受力部件时，随处可见的机器设备或健身器材可以发现结构钢管的应用。当作为导管使用时，圆管也存在很多场合中，比如用于输油、气、液等用途。正因为管类零件的广范围使用使得管型品种也变得多样化，同时对弯管的加工带来了更多的要求与困难。除小部分特殊工业要求的企业外，对于大部分中小型企业或作坊，仅需要一些简单功能的弯管机即可。对于部分大企业而言，如大型工程机械的压力油管等，这些工作依然不需要功能齐全的大型弯管机及配套设备，因此对加工管件的要求并不高，这时候那些简易的手动型弯管机可能更加适用于生产制造。这种仅具备简单功能的弯管机通常采用手动夹紧的方式来固定管件，并使用机械弯曲的方式来弯曲管件，这类弯管器械具有结构简单的特点，因此所需要控制的元件较少，在电气原理上更加简单，便于维修，价格上也较低，客户更容易接受。当今市面上流行的自动弯管机基本上都是以液压作为驱动方式，并以数控的方式来控制弯管机，一种典型的数控的弯管机如图 1-1 所示。除此之外还有机械传动的弯管机，但机械传动的弯管机因传动部分占体积较大，因此这类机械占地面积较大(通常长度在 2.54m 之间)，并且价格也比较昂贵，而大多数用户更愿意使用占地面积小且价格较为便宜的弯管机，基于以上原因，机械传动类的弯管机在市场上普及率不高。图 1-1 液压弯管机自动弯管机也有分很多细种类，图 1-1 中所示的弯管机是液压式螺栓全自动弯管机，这类弯管机的特点是内部结构相对较紧凑、占地面积小、总重量轻、能提供较大拉力等，具有很广泛的适用范围，操作使用也比较简单，没有太多繁杂的控制单元。在控制方面，这类液压螺栓弯管机具有准确度高以及通用性强的特点，在用于不同类型或直径管件的弯曲时，可以通过更换拉伸头来用于不同的工况。71.2.4 手动弯管机手动弯管机虽然不能用于高强度的工作，但依然是一种很受欢迎的弯管机，这种手动的操作方式较自动弯管机具有生产成本低、操作简单、装配及维修方便的特点，更适合用于小批量零件弯曲生产的情况。在小型的加工作坊中，我们能够看见很多这种小型的手动弯管机，它们常用于小型圆管、钢筋等材料的定角度弯曲工况。自动弯管机具有更大的机械动力或液压动力，但是复杂的机械系统及液压系统必定导致更大的故障可能性。而手动弯管机就能较好的避免这种情况的发生，并且在加工（弯曲）过程中，手动弯管机能够实现随停随用，可以对同一弯管进行多次反复性的弯曲尝试，而大型的自动弯管机若调试不当，就会导致较大的废品率产生。下图 1-2是一种典型的手动弯管机的示意图。图 1-2 典型的手动弯管机因此，自动弯管机与手动弯管机分别具有各自的特点及不足，使用者可以根据加工情况的不同来设计或选用不同形式的弯管机。1.3 本文主要研究内容根据前面对不同动力形式弯管机的分析，考虑到大型的自动弯管机机构及其复杂，并且当今现有的自动弯管机技术稍微成熟，因此，本文的设计对象是一种中小型手动弯管机，使得弯管机工作原理和结构设计及相关计算，机构要求操作方便、工作安全可靠、节能环保噪音小。对该手动弯管机具有以下的设计要求：1.确定弯管机的总体布置；具体要求如下：a根据实际的工作需求，初步确定弯管机的类型；b. 完成各主要部分的结构简图，实现弯管的主要功能； c. 根据待弯管的尺寸确定弯管机的外形尺寸，并分析具体零部件的功能关系。2.弯管机进给装置的设计：为了满足手动的高精度要求，设计一种滚珠丝杆机构用于手动进给运动，并设计一种可适用于多种管径管材的模具。3.弯管机的模型构建：将所设计的弯管机进行是三维建模，并绘制出装配图及零件图的工程图纸。81.4 本章小结本章从自行车的流行性及自行车骑行的好处出发，引出了自行车在当今社会具有的重要地位。同时，指出自行车的加工是一件十分复杂的工作，自行车机头的弯曲工艺就是其中重要的加工工艺过程，基于这一主题，提出了自行车机头弯管机设计的必要性。介绍了弯管机的发展过程及特点，并对当前流行的自动/手动弯管机进行了简单介绍，根据两者的对比情况及现有技术的成熟度提出了设计一种中小型手动弯管机。在确定了设计目标后，对设计对象的具体设计内容进行了概括，即对此次设计的全部内容进行了概括，并基于这些内容展开了一系列的设计与计算工作，并对所设计的弯管机实现了三维模型的建立及工程图纸的绘制。9第二章 弯管机简介及其理论2.1 常见的弯管机类型弯管机是对管材弯曲变形加工至理想形状的重要设备。除此之外，由于弯管机的强大应力或推力，大部分弯管机在解体后当成千斤顶来使用，功能十分多样。弯管机主要被应用在电力施工、桥梁、船舶、公铁路建设、工厂加工等多方面领域中。弯管机的种类多样，它具有功能多样、结构简单、操作便捷、使用方便及易于拆卸安装等多种特点点。因为弯管机的应用如此广泛并具有多种优点，使得管材弯曲这一行业逐渐兴起并发展起来。管材的弯曲有许多种方式及分类，其中按照弯曲方式的分类形式可分为绕弯、压弯、推弯以及滚弯四种形式；按弯曲过程中是否进行了加热工艺可分为冷弯和热弯两种；按过程中是否有填料(或芯棒)存在可分为有芯弯管和无芯弯管；根据动力的传动方式不同可分为机械传动、手动、气动以及液压传动四种。下面就不同弯曲形式的弯管机进行简单的介绍与分析。1.绕弯式弯管机：绕弯式弯管机是一种经典的弯管机形式，其结构式示意图如图2-1 所示，图 2-1 绕弯式弯管机 1：压块；2：芯棒；3：保持块；4：弯曲模胎；5：防皱块；6：管坯如图 2-1 所示，绕弯式弯管机主要通过弯曲模胎因转动与管坯摩擦接触引起摩擦力及管坯尾部的推力来使得管坯向前进给运动，从而在规定的工作弯槽中实现弯曲。这种弯曲形式更适用于实心的毛坯管料，同时这种弯曲形式更适用于电动形式的动力，并可保证较一致的弯曲曲率。2.推弯式弯管机：推弯式弯管机是一种不太常用的弯曲仪器，它的结构示意图如图2-2 所示，10图 2-2 推弯式弯管机1：轴；2：直槽；3：弯管；4：弯槽从图 2-2 中可以看出，弯曲机的主要动力主要来源于轴 1 的向下推力，这种结构的设置就使得所需的推力极大，若能保证槽内形状的完整度可实现将弯管弯曲成一些比较多变的形状，这是这类弯管机的优点。这类弯管机在工作时会遇到较大的阻力，因此对动力的要求较大，通常使用液压动力对轴 1 进行推进，同时需要在槽内涂满润滑油保证工作的平顺性，这样的做法可以减少弯曲过程中遇到的摩擦力。3.压弯式弯管机：压弯式弯管机是一种结构最简单的弯管机，它可以是手动动力，也可以使用自动动力来实现弯曲，也是一种常用的弯管机，一种 V 型的压弯式弯管机结构示意图如图 2-3 所示，图 2-3 V 型压弯式弯管机1：凸模 ；2 管坯 3移动凹模如图 2-3 所示，管坯 2 在放置在两模之间，在工作过程中，凸模 1 保持固定不动，移动凹模 3 向上运动，通过弯矩的作用使得管坯 2 逐渐从直管变成弯管，工作原理简单明了。其中，弯管的弯曲曲率大小取决于移动凹模 3 向上运动的行程大小。4.滚弯式弯管机：滚弯式弯管机是一种常用的弯管机，主要用于小型管的弯曲工作。这类弯管机的工作原理示意图如图 2-4 所示，

　　1自行车机头弯管机的设计摘要：21 世纪以来，共享单车已成为一热门词汇，对自行车的制造要求也越来越高，在所有的制造工艺中，自行车的机头弯曲工艺是其中较为重要的一部分，本文基于这个工艺设计了一种 V 型压弯式的弯管机，该弯管机具有结构简单、通用性强、体积小、维修方便等多种特点。文中对圆管的弯曲理论进行了分析，对圆管在弯曲过程中的形变及回弹现象进行了介绍，并对弯曲力矩的计算进行了总结。为实现更好的弯曲效果，对关键零部件：凸模及凹模进行了重点设计与分析，并对弯管机进行了建模并绘制出了装配图及部分关键零部件的工程图纸。关键词：自行车机头；弯管机；弯曲；压弯机2目录第一章 绪论...............................................................................................................................31.1 研究目的及意义...........................................................................................................31.2 弯管机概述......................................................................................................................31.2.1 弯管机的发展...........................................................................................................41.2.2 弯管机的成型特点...................................................................................................51.2.3 自动弯管机...............................................................................................................51.2.4 手动弯管机...............................................................................................................61.3 本文主要研究内容..........................................................................................................71.4 本章小结..........................................................................................................................8第二章 弯管机简介及其理论...................................................................................................92.1 常见的弯管机类型..........................................................................................................92.2 弯管的弯曲理论............................................................................................................112.2.1 管材弯曲变形及最小弯曲半径.............................................................................112.2.2 管材截面形状畸变.................................................................................................122.2.3 弯曲力矩的计算.....................................................................................................162.2.4 弯管回弹计算.........................................................................................................172.3 弯管质量分析................................................................................................................182.4 本章小结........................................................................................................................20第三章 自行车机头弯管机的总体设计.................................................................................213.1 凸模的设计....................................................................................................................213.1.1 凸模的简介.............................................................................................................213.1.2 凸模的结构设计.....................................................................................................223.2 凹模的设计....................................................................................................................233.2.1 凹模的简介.............................................................................................................233.2.2 凹模的结构设计.....................................................................................................243.3 自行车机头弯管机的总体设计....................................................................................253.4 本章小结........................................................................................................................26总结与致谢...............................................................................................................................27本次课题总结.......................................................................................................................27致谢.......................................................................................................................................28参考文献...................................................................................................................................293第一章 绪论1.1 研究目的及意义随着社会的急速发展，城市的人口变得越来越多，急剧增加的人口使得交通也变得越来越拥挤，传统的汽车出行逐渐不再那么火热，而自行车已经越来越成为当代人们喜爱的交通工具。随着电子支付的问世，使得共享自行车已经走向了大街小巷，在许多大城市的人行道随处可见自行车整齐地排在路侧，甚至“小黄车”逐渐占领了人行主干道，由此可见自行车在当代社会中的火热程度。骑自行车出行已经成为了一种十分时髦的低碳出行方式。经常骑自行车不但仅仅是一种流行的出行方式，其实它也可以给骑行者带来诸多好处，下面对这些优点进行简单的介绍：自行车作为一种体力运动，它可以通过循环有规律的运动来克服一些心脏功能及毛病。在世界范围内的疾病中，特别是年纪较大的老人中，这一群体由于身体器官功能的逐渐减弱或丧失，大约有半数的老年人是死于直接心脏病或者是心脏病并发症。而骑自行车可以借助腿部的循环运动来促使血液的流动更加畅通，当血管活动起来后管中的压力更小，这就能使得位于血管末梢的血液抽回心脏，增强血液的活动性能，并可以强化血管组织，这一系列的活动称为“附带循环” 。强化血管的输送能力可以减少骑行人因器官老化引起的供血不足或阻塞等问题。另外，骑行自行车还是一种减肥的良药，大量的腿部运动可以加速体内多余脂肪的消耗。除减肥之外，经常性的骑车活动还可以使得人保持一种良好的身材、运动能力与耐力等。随着自行车的广泛普及，工程应用中也对自行车的制造提出了更多的要求。自行车虽然是一种相对较简单的机器，但从它的生产到成品依然是一个十分复杂的工艺过程，每个工艺过程都需要进行大量的设计及计算。比如，在自行车在制造过程中，需要对机头进行弯曲，使得机头形成一个更符合形体学特征的形状或弯曲度，能够让使用者使用得更加舒适，骑行更安全。因此对自行车机头进行弯管处理是一项十分重要的工艺，本文基于这一弯管工艺展开了一系列的研究，设计了一种弯管机，该弯管机可用于自行车机头圆管的弯曲，并且能够通过更换压管头满足极大或极小角度的圆管弯曲，具有结构简单、操作方便、省时省力、高效率等诸多特点。1.2 弯管机概述弯管机是对管材弯曲变形加工至理想形状的重要设备。除此之外，由于弯管机的强大应力或推力，大部分弯管机在解体后当成千斤顶来使用，功能十分多样。弯管机主要被应用在电力施工、桥梁、船舶、公铁路建设、工厂加工等多方面领域中。弯管4机的种类多样，它具有功能多样、结构简单、操作便捷、使用方便及易于拆卸安装等多种特点点。因为弯管机的应用如此广泛并具有多种优点，使得管材弯曲这一行业逐渐兴起并发展起来。管材的弯曲有许多种方式及分类，其中按照弯曲方式的分类形式可分为绕弯、压弯、推弯以及滚弯四种形式；按弯曲过程中是否进行了加热工艺可分为冷弯和热弯两种；按过程中是否有填料(或芯棒)存在可分为有芯弯管和无芯弯管；根据动力的传动方式不同可分为机械传动、手动、气动以及液压传动四种。1.2.1 弯管机的发展我国是一个具有悠久历史的国家，弯管机加工工艺可追溯到青铜器时代，并逐渐形成一定的规模并不断在发展中。从目前出土的历史产物中可以看到，从殷商时期开始已经具有相当成熟的青铜冶铸业，并随之产生了多种不同功能与用途的青铜工具，如青铜刀、锉、锯等等。从出土的文物与记录可以看出，那个时期中生产的青铜工具的制造过程中比较复杂，大多数的零件在其制造过程中都会使用预压力的方式来加工零件，压力机的雏形逐渐形成。多种形式的工具也加速了我国生产行业的发展，有记载表明，早在三千多年前的商时期就已经出现了加工琢玉的回转工具，这种工具的加工原理实质就是金属切削工艺的前身，早在十九世纪 60 年代，位于河北的墓中出土了汉朝五铢钱，它的外圆上可以看出存在经过压制的痕迹，而且那是的加工手段已经比较成熟，从钱的表面可以看出刀花的形状比较均匀，表面的纹理十分清晰，同时钱币的椭圆度也较小，这种加工工艺方式类似是弯管机的前身。美国在上世纪 50 年代立式弯管机开始问世并逐渐应用，当时的弯管工艺可以用于 6 至 30 英寸壁厚钢管的弯曲，当时的弯曲机只能使用冷弯技术。弯曲机一直发展直到 70 年代，热弯机开始出现并在原来弯曲机的基础上使得性能有了进一步的完善。同一时期，弯管内胎的应用方法研制成功，将内胎与冷弯机配合使用时，可以直接用于弯制薄壁高强度大口径的钢管，如远距离的输油管道，此时最大弯管直径已经可以达到 60 英寸。根据已有的资料显示，原苏联在弯管机方面的研究较晚，冷弯管机大约从 20 世纪的 60 年代才逐渐应用至工业方面，不过那个阶段中他们的技术已经可以与欧美进行比较，弯管机的功能较齐全。苏联的弯曲设备中主机液压系统大部分均采取卧式或半卧式结构，这样的布置使得机器占用的地面空间较大，同时也造成了运输的困难程度及现场布置的困难程度。目前，弯曲机的生产厂主要以冷弯机生产厂为主，由于大型弯管机所需要的动力较大，基本以液压动力为主，因此主流机型的基本结构以垂直布置的液压式冷弯机为主。按照内胎的不同形式分为气动式和液压式两种，他们有着不同的特点。其中，气动式内胎的特点在于压缩部件的运行速度较快、快速的运行速度使得弯管具有较高的效率，但整个工作系统的运行平稳性较差，难以准确控制。液压式内胎的结构更加紧凑，液压传动使得运行更加平稳可靠，但运行速度较慢，弯管效率较低。 5我国目前的弯管机设计多种多样，大部分弯管机主要包括以下一些部件：1.摇臂，它其作用是保证管件经弯曲后的弯曲半径满足设计要求，摇臂包括夹紧座，它主要用于限制钢管在弯曲过程中反弹现象的出现。2.矫直辊，它是一种防止待弯管在弯曲过程中发生垂直方向变形的功能间，矫直辊常与浮动夹具配合使用，这样的配合可以保证弯曲后在形状方面符合设计要求，主要用于椭圆度的限制。3.导向辊装置，这一装置主要由两组导向辊及其夹紧系统组合而成，导向辊配合摇臂，共同运动即可完成待弯管在水平方向的弯曲。4.推送装置，该装置主要用于待弯管的前进运动，使得弯管在摇臂和导向辊联合作用发生弯曲。5.驱动装置，这部分装置是推送装置的动力源，也是整个弯曲机的动力源。随着科学技术的发展与不断完善，弯管机的型式也逐渐开始实现了多样化、功能化，这样的条件使得弯管性能得到了大幅度地提高，也可以实现各种类型圆管的弯曲，比如对于本文设计的自行车机头的弯曲工作，使用中小型弯曲机即可满足要求。若工作量较大，可使用数控液压式的弯管机；若工作量较小，预算成本较低，可设计成手动式弯曲机。1.2.2 弯管机的成型特点若要设计一种合适的弯管机，应当对弯管机的工艺及成型特点进行详细的了解。将问题细化后，我们可以发现弯管机对管材的弯曲原理与板料的弯曲原理一致。当处于纯弯曲的条件下，一个外径为 D，壁厚为 t 的管子在承受到一定外力矩大小的作用并发生弯曲变形时，位于壁中中性层外侧的部分应当受拉应力作用，假设大小为 σ1，这种应力使得管壁有变薄的倾向；与之相反的是，中性层内侧的比分应受到压应力的作用，大小与拉应力大小一致，管壁有变厚的趋势。弯管的横截面形状在合力 F1 及 F2 的综合作用下，原本的圆形将逐渐转变为近似椭圆形。若弯曲量过大导致变形量过大时，外侧的管壁拉扯力太大将导致裂纹的产生，相对应的内侧管壁则会因为压缩力过大而出现起皱的现象。因此管材在弯曲过程中的变形程度，主要取决于内外直径的比值 d/D及相对厚度 t/D 的大小这两个数值越小，意味着弯管受到的变形程度越大。为了保证成形质量在一定条件内，我们必须通过调整参数来控制弯管的变形程度，管材的弯曲条件取决于材料的力学性能及其弯曲方法，同时还应该考虑相应的使用要求。弯管的成形极限主要有以下内容：（1）位于中性层外侧的拉伸区中伸长变形极限不应超过材料的塑性变形的规定值；（2）被内侧 压压缩变形区压应力作用的薄壁部分不能起皱；（3）若对管件的弯曲有一定椭圆度要求时，应当避免横截面产生畸变现象；（4）若管件要求有一定内压力强度的额外要求时，应当控制壁厚减薄的成形极限。61.2.3 自动弯管机管类零件因内部中空的特点，使得成型件的质量较轻且能承受一定的弯矩与拉压应力条件，管类零件已经被应用至许多场合。作为主要受力部件时，随处可见的机器设备或健身器材可以发现结构钢管的应用。当作为导管使用时，圆管也存在很多场合中，比如用于输油、气、液等用途。正因为管类零件的广范围使用使得管型品种也变得多样化，同时对弯管的加工带来了更多的要求与困难。除小部分特殊工业要求的企业外，对于大部分中小型企业或作坊，仅需要一些简单功能的弯管机即可。对于部分大企业而言，如大型工程机械的压力油管等，这些工作依然不需要功能齐全的大型弯管机及配套设备，因此对加工管件的要求并不高，这时候那些简易的手动型弯管机可能更加适用于生产制造。这种仅具备简单功能的弯管机通常采用手动夹紧的方式来固定管件，并使用机械弯曲的方式来弯曲管件，这类弯管器械具有结构简单的特点，因此所需要控制的元件较少，在电气原理上更加简单，便于维修，价格上也较低，客户更容易接受。当今市面上流行的自动弯管机基本上都是以液压作为驱动方式，并以数控的方式来控制弯管机，一种典型的数控的弯管机如图 1-1 所示。除此之外还有机械传动的弯管机，但机械传动的弯管机因传动部分占体积较大，因此这类机械占地面积较大(通常长度在 2.5~4m 之间)，并且价格也比较昂贵，而大多数用户更愿意使用占地面积小且价格较为便宜的弯管机，基于以上原因，机械传动类的弯管机在市场上普及率不高。图 1-1 液压弯管机自动弯管机也有分很多细种类，图 1-1 中所示的弯管机是液压式螺栓全自动弯管机，这类弯管机的特点是内部结构相对较紧凑、占地面积小、总重量轻、能提供较大拉力等，具有很广泛的适用范围，操作使用也比较简单，没有太多繁杂的控制单元。在控制方面，这类液压螺栓弯管机具有准确度高以及通用性强的特点，在用于不同类型或直径管件的弯曲时，可以通过更换拉伸头来用于不同的工况。71.2.4 手动弯管机手动弯管机虽然不能用于高强度的工作，但依然是一种很受欢迎的弯管机，这种手动的操作方式较自动弯管机具有生产成本低、操作简单、装配及维修方便的特点，更适合用于小批量零件弯曲生产的情况。在小型的加工作坊中，我们能够看见很多这种小型的手动弯管机，它们常用于小型圆管、钢筋等材料的定角度弯曲工况。自动弯管机具有更大的机械动力或液压动力，但是复杂的机械系统及液压系统必定导致更大的故障可能性。而手动弯管机就能较好的避免这种情况的发生，并且在加工（弯曲）过程中，手动弯管机能够实现随停随用，可以对同一弯管进行多次反复性的弯曲尝试，而大型的自动弯管机若调试不当，就会导致较大的废品率产生。下图 1-2是一种典型的手动弯管机的示意图。图 1-2 典型的手动弯管机因此，自动弯管机与手动弯管机分别具有各自的特点及不足，使用者可以根据加工情况的不同来设计或选用不同形式的弯管机。1.3 本文主要研究内容根据前面对不同动力形式弯管机的分析，考虑到大型的自动弯管机机构及其复杂，并且当今现有的自动弯管机技术稍微成熟，因此，本文的设计对象是一种中小型手动弯管机，使得弯管机工作原理和结构设计及相关计算，机构要求操作方便、工作安全可靠、节能环保噪音小。对该手动弯管机具有以下的设计要求：1.确定弯管机的总体布置；具体要求如下：a．根据实际的工作需求，初步确定弯管机的类型；b. 完成各主要部分的结构简图，实现弯管的主要功能； c. 根据待弯管的尺寸确定弯管机的外形尺寸，并分析具体零部件的功能关系。2.弯管机进给装置的设计：为了满足手动的高精度要求，设计一种滚珠丝杆机构用于手动进给运动，并设计一种可适用于多种管径管材的模具。3.弯管机的模型构建：将所设计的弯管机进行是三维建模，并绘制出装配图及零件图的工程图纸。81.4 本章小结本章从自行车的流行性及自行车骑行的好处出发，引出了自行车在当今社会具有的重要地位。同时，指出自行车的加工是一件十分复杂的工作，自行车机头的弯曲工艺就是其中重要的加工工艺过程，基于这一主题，提出了自行车机头弯管机设计的必要性。介绍了弯管机的发展过程及特点，并对当前流行的自动/手动弯管机进行了简单介绍，根据两者的对比情况及现有技术的成熟度提出了设计一种中小型手动弯管机。在确定了设计目标后，对设计对象的具体设计内容进行了概括，即对此次设计的全部内容进行了概括，并基于这些内容展开了一系列的设计与计算工作，并对所设计的弯管机实现了三维模型的建立及工程图纸的绘制。9第二章 弯管机简介及其理论2.1 常见的弯管机类型弯管机是对管材弯曲变形加工至理想形状的重要设备。除此之外，由于弯管机的强大应力或推力，大部分弯管机在解体后当成千斤顶来使用，功能十分多样。弯管机主要被应用在电力施工、桥梁、船舶、公铁路建设、工厂加工等多方面领域中。弯管机的种类多样，它具有功能多样、结构简单、操作便捷、使用方便及易于拆卸安装等多种特点点。因为弯管机的应用如此广泛并具有多种优点，使得管材弯曲这一行业逐渐兴起并发展起来。管材的弯曲有许多种方式及分类，其中按照弯曲方式的分类形式可分为绕弯、压弯、推弯以及滚弯四种形式；按弯曲过程中是否进行了加热工艺可分为冷弯和热弯两种；按过程中是否有填料(或芯棒)存在可分为有芯弯管和无芯弯管；根据动力的传动方式不同可分为机械传动、手动、气动以及液压传动四种。下面就不同弯曲形式的弯管机进行简单的介绍与分析。1.绕弯式弯管机：绕弯式弯管机是一种经典的弯管机形式，其结构式示意图如图2-1 所示，图 2-1 绕弯式弯管机 1：压块；2：芯棒；3：保持块；4：弯曲模胎；5：防皱块；6：管坯如图 2-1 所示，绕弯式弯管机主要通过弯曲模胎因转动与管坯摩擦接触引起摩擦力及管坯尾部的推力来使得管坯向前进给运动，从而在规定的工作弯槽中实现弯曲。这种弯曲形式更适用于实心的毛坯管料，同时这种弯曲形式更适用于电动形式的动力，并可保证较一致的弯曲曲率。2.推弯式弯管机：推弯式弯管机是一种不太常用的弯曲仪器，它的结构示意图如图2-2 所示，10图 2-2 推弯式弯管机1：轴；2：直槽；3：弯管；4：弯槽从图 2-2 中可以看出，弯曲机的主要动力主要来源于轴 1 的向下推力，这种结构的设置就使得所需的推力极大，若能保证槽内形状的完整度可实现将弯管弯曲成一些比较多变的形状，这是这类弯管机的优点。这类弯管机在工作时会遇到较大的阻力，因此对动力的要求较大，通常使用液压动力对轴 1 进行推进，同时需要在槽内涂满润滑油保证工作的平顺性，这样的做法可以减少弯曲过程中遇到的摩擦力。3.压弯式弯管机：压弯式弯管机是一种结构最简单的弯管机，它可以是手动动力，也可以使用自动动力来实现弯曲，也是一种常用的弯管机，一种 V 型的压弯式弯管机结构示意图如图 2-3 所示，图 2-3 V 型压弯式弯管机1：凸模 ；2 管坯 3—移动凹模如图 2-3 所示，管坯 2 在放置在两模之间，在工作过程中，凸模 1 保持固定不动，移动凹模 3 向上运动，通过弯矩的作用使得管坯 2 逐渐从直管变成弯管，工作原理简单明了。其中，弯管的弯曲曲率大小取决于移动凹模 3 向上运动的行程大小。4.滚弯式弯管机：滚弯式弯管机是一种常用的弯管机，主要用于小型管的弯曲工作。这类弯管机的工作原理示意图如图 2-4 所示，

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