薄壁不锈钢管切割机的研究意义及背景

   随着中国经济的进一步发展和世界市场的竞争越来越激烈，中国开始进行制造业的转型和升级，但是在转型和升级期间中国的制造业面临着诸多方面的挑战，因此国务院在借鉴德国提出的“德国工业4.0”基础上在2015年5月提出了“中国制造2025”的战略目标，该目标明确提出了坚持“创新驱动、质量为先、绿色发展、结构优化、人才为本”的基本战略方针。而汽车制造行业则是实现“中国制造2025”这一伟大目标的重要环节，但是由于中国的工业基础较为薄弱，在传统的汽车行业存在着很大的劣势，因此坚持走绿色发展的发展道路成为了我国发展汽车行业的重要途径。欧美等西方发达国家的汽车开发商都是从使用强度高、质量少的轻型材料入手，降低汽车自身重量。我国也可以借鉴他们的开发经验，在满足强度的前提下通过使用薄壁件来降低汽车的自重，而汽车排气装置的薄壁化则是研究的一个方向，它一方面可以降低汽车的自身重量减少排气量，另一方面可以降低汽车的噪声提高汽车尾气的净化率。薄壁不锈钢管使用于汽车的排气装置中符合绿色环保的发展理念，它既可以降低排气装置的重量又可以减少汽车尾气的排放量，净化汽车尾气。但是排气装置的薄壁化使得传统的切割方式难以满足现有的加工要求，一方面是因为传统的夹紧方式容易使钢管发生夹紧变形，另一方面是因为传统的切割方式是从一侧切入，在对钢管进行切割时容易发生剪切变形，从而使切割面出现一定的斜角，增加了后续自动化的加工难度。基于此，开发一种高效率、高切割精度、高自动化的薄壁不锈钢管切管机是很有必要的。

   由于薄壁不锈钢管具有耐腐蚀等优良特性，使它成为了汽车排气装置的首选材料，尤其是近些年来汽车工业的发展和汽车在社会上的逐渐普及，使得不锈钢管的需求量突飞猛进，因此工业生产中对薄壁不锈钢管的加工要求也越来越高。目前市场上的不锈钢管拥有众多的种类，大致可以分为奥氏体不锈钢、铁素体不锈钢、奥氏体-铁素体双相不锈钢、沉淀硬化型不锈钢、马氏体不锈钢，虽然它们的机体组织存在着差异，但是它们的力学性能和切割性能则大同小异，因此，只需要针对一种不锈钢管进行研究即可满足大部分不锈钢管的切割要求。浙江至德钢业有限公司以汽车排气装置的薄壁不锈钢管为研究对象，其壁厚通常为1.0mm～1.5mm，管径为ø100mm～ø150mm。

  从表中可以看出，薄壁不锈钢管具有其他材料难以比拟的优势，但是由于不锈钢管中含有一定量的镍、锰、铬等元素，使得不锈钢管的热强度高、导热系数低，切削时容易发生切削变形和加工硬化，因此薄壁不锈钢管的切割性能较低，这也就限制了不锈钢管的使用效率。除此之外，传统的切割方式对不锈钢管切削时会产生大量的切削热，刀具不锈钢管的内部组织发生变化，并且切屑容易粘附在刀具上产生积削瘤，使刀具磨损加剧，增加切口的表面粗糙度，针对不锈钢管的这些切削特性，相关的学者设计出了不同类型的切管机，得到了较好的研究结果。

   目前，我国的切削设备和切削技术与国外相比仍有一定的差距，切削设备存在着结构过于复杂、适用范围较小的问题，并且影响着整个行业的发展。鉴于此，设计出结构简单、适用范围较广的薄壁不锈钢管切管机成为了相关课题的研究重点。本文在现有的设计基础上，根据实际情况开发出了一种行星式双刀对称偏心安装间歇式切削的薄壁不锈钢管切管机，通过合理的机械结构来解决切管机中存在的问题。首先薄壁不锈钢管通过夹具固定不动，两把切削刀具对称偏心安装在两个行星齿轮上，通过行星齿轮的转动带动偏心安装在行星齿轮上的刀具进行旋转，在刀具转动的过程中对不锈钢管进行间歇切削，但是由于是两把刀具，刀具彼此之间相互弥补钢管未切削的部分，最终达到对钢管进行连续切削的目的，这种切削方法相对来说结构简单紧凑、切削精度和切削效率较高。同时，由于对钢管进行切削时是双刀对称切削，切削过程中出现的切削力彼此最大程度的抵消，从而减小了薄壁不锈钢管的切削变形量。这种切削方式在保证切削精度的同时能够达到全自动切削的要求，降低了因钢管壁薄、刚性差等原因切断面出现内径缩口而变形的问题。它还能够解决目前薄壁不锈钢管切削方式存在的不足，提高切削效率，降低能耗，达到绿色环保的要求，而且能够为现有的切削方式提供新的切割思路，推动我国机械制造业的发展，从而为我国社会的发展带来社会效益和经济效益。