《lf7型双金属复合管生产主机设计及项目实施》-学位论文.doc

浙江水利水电专科学校毕业论文（设计）

ZHEJIANG WATER CONSERVANCY AND HYDROPOWER COLLEGE

毕业设计（论文）

题 目： LF-7型双金属复合管生产主机设计及项目实施

系 （部）： 机械电子工程系
专业班级： 机电一体化08-1班

摘 要:
随着城市建设的发展及人民生活水平、环保意识的提高和对健康的关注,人们对饮用水的水质提出了更高的要求。内衬不锈钢复合钢管在此背景下应运而生。内衬不锈钢复合钢管作为一种新型管材有着极其实在的应用价值和广泛的市场前景。
内衬不锈钢复合钢管是用冷滚压法、缩径法、冷扩法、爆燃法或钎焊法复合工艺生产的内衬不锈钢复合钢管简称复合管。适用于工作压力不大于2.0Mra，公称通径不大于500mm，输送冷热水、饮用净水、消防给水、燃气、空气、油和蒸汽等低压流体或其他用途的复合钢管。
浙江工业大学是作为冷滚压法的发明者，在国内已经推广实施了七个有规模的企业，总产值在3亿。不管在复合理论、在生产技术、生产设备自动化和产品质量检验理论和设备，都已经走向成熟。市场已经走向成熟。由于我曾经长时间接触设计、制造、生产过程，因而有幸被推荐并加入该项目，在该项目中担任了部分图纸的整理及改进编辑，借此完成了我的毕业设计。更得以参与设备的设计、制造、调试及试生产。

关键词：内衬不锈钢复合钢管；主机设计；项目实施；检验；试生产。

Abstract：

The keywords: Composite stainless steel tube; Mainframe design; Project implementation; Inspection; Trial production.
目 录
摘要·············································1
引论·············································6
§1 LF-7型双金属复合管生产主机设计背景··········8
§1.1 LF-7型双金属复合管生产主机工作原理················8
§1.1.1 复合理论
§1.1.2 复合过程
§1.1.3 复合力计算
§1.2 LF-7型双金属复合管生产主机发展过程···············12
§1.2.1 国际发展
§1.2.2 国内发展
§1.3 LF-7型双金属复合管生产主机设计要点···············13
§1.3.1 复合部件总成设计要点
§1.3.2 固定和稳定要点
§1.3.3 控制和制动要点
§1.4 LF-7型双金属复合管生产主机发展趋向···············14
§1.4.1 复合方法的发展
§1.4.2 复合质量的发展
§2 LF-7型双金属复合管生产主机设计内容··········17
§2.1 生产主机的动作分解、机构保证、组合分类及任务·····17
§2.1.1 复合动作主线
§2.1.2 复合动作分解
§2.2 运动件、固定件、控制件设计·······················18
§2.2.1 运动件
§2.2.2 固定件
§2.2.3 控制件
§2.3 加工件、标准件、组合件设计及选择·················23
§2.3.1 加工件
§2.3.2 标准件
§2.3.3 组合件
§3 典型零件、部件制造及检验····················26
§3.1 典型零件制造工艺设计及检验·······················27
§3.1.1 主轴系统制造工艺与检验
§3.1.2 走轮系统制造工艺与检验
§3.2 典型部件制造工艺设计及检验·······················35
§3.2.1 动力总成
§3.2.2 行走总成
§3.2.3 模头模尾
§3.3 组合件的选择及启封检验···························37
§3.3.1 控制电器
§4 LF-7型双金属复合管生产主机安装及检验········39
§4.1 LF-7型双金属复合管生产主机部件组装及检验·········39
§4.2 LF-7型双金属复合管生产主机支架、固定架安装及检验·39
§4.2.1 模头模尾
§4.2.2 动力总成
§4.2.3 转动部分
§4.2.4 夹紧系统
§4.2.5 冷却系统
§4.3 LF-7型双金属复合管生产主机控制安装及检验········39
§5 LF-7型双金属复合管生产主机调试及试生产·····40
§5.1 LF-7型双金属复合管生产主机粗调试················40
§5.1.1 粗调试的目的
§5.1.2 静态调试
§5.1.3 动态调试
§5.2 LF-7型双金属复合管生产主机精调试·················40
§5.2.1 精调试的目的
§5.2.2 静态调试
§5.2.3 动态调试
§5.3 LF-7型双金属复合管生产主机生产性调试·············40
§5.3.1 生产性调试目的
§5.3.2 初步试生产
§5.3.3 考核性试生产
§5.4 LF-7型双金属复合管生产主机考察性调试·············40
§5.4.1 考核性调试
§5.4.2 机与机调试
结论：··········································41
参考文献·······································42
引 论
1 研发背景
受腐蚀的管道已成为城市供水水质最大的污染源，受过二次污染的自来水不能直接饮用，水管中的污染物会对人体健康造成慢性伤害。国家建设部等四部委于1999年发文规定自2000年6月起禁止冷镀锌钢管用于室内给水管道，并逐步限时禁止使用热镀锌钢管。因此，如何在现有传统的城市供水系统基础上，加强对给水管道的科学管理，加强自来水二次污染的预防与治理，开发和应用合适的新型管材，给城市居民提供更安全、更健康的饮用水成为摆在供水企业面前的新课题，也成为当前城市供水企业必须思考和解决的现实问题。它对提高居民健康水平，进一步提升城市供水水质，保证供水企业的可持续发展，都具有重大的现实意义。为适应市场需求，市场上先后涌现出钢塑复合管、铝塑复合管、PPR管、PE管等各种各样的新型输水管材，内衬不锈钢复合钢管正是在这种背景下应运而生。

2 产品创新将点
内衬不锈钢复合钢管又叫双金属复合管，是采用特殊复合工艺在优质热镀锌管中内衬薄壁不锈钢管而成。其具有以下创新特点：

2.1卫生环保防锈耐腐，有效防止水质污染。
在钢管中内复的薄壁不锈钢管，其材质为“GB12771-2000的流体输送用不锈钢焊接钢管”的规定的OCr88Ni9(美国标准为AIS1304)。而不锈钢有着很强的耐腐蚀性能，不仅能承受水和空气的腐蚀，而且可以承受弱酸弱碱的腐蚀。所以，内衬不锈钢复合钢管在使用过程中不用担心因内壁锈蚀产生结垢，可有效防止水质的二次污染。

2.2高延伸性，机械强度良好
内衬不锈钢复合钢管中的外层钢管是采用按“GB／T3091-2001低压流体输送用焊接钢管”生产的焊接钢管。焊接钢管的抗拉强度都不小于335MPa，伸长率不小于15％，均经过3.0MPa以上的水压试验，并通过标准规定的弯曲试验或压扁试验。在内复不锈钢管后又使总壁厚增加，且由于外层钢管和不锈钢管的焊接不在同一位置，更加有效的提高了复合钢管的强度可靠性。这也使得复合钢管不仅可用于民用输水、输气，并可用于输送工业用流体。

2.3耐高温，冷热流体皆宜
304不锈钢是耐热钢，在400℃时的抗拉强度仍可达到412MPa，高于普通钢材在常温下的抗拉强度，其耐高温性能更是毫无疑问地远超PPR等塑料材质的管材。因此，内衬不锈钢复合钢管比一般的管材适应各种温差变化大的使用环境，除可以用来输送自来水等低温流体外，还可用来输送热水、沸水和蒸气。

2.4内外膨胀系数接近，双层结合紧密
由于不锈钢复合钢管的内外层材质的膨胀系数比较接近，使得其在温差变化较大的情况下仍能保证双层的结合紧密性，确保了不会出现内外脱层的现象。而塑料的热胀冷缩程度超过钢材10倍，市场上的钢塑复合管就存在内外材质膨胀系数相差太大造成的脱层隐患。

2.5高性价比，经济价值明显
内衬不锈钢复合钢管的内外材质，决定了其既提高了管道强度、确保了内壁的不锈钢性能，又有效降低了制造成本，安装费用大大低于厚壁不锈钢管和厚壁铜管。同时，由于在实际使用中流体和外层钢管不发生接触，只在不锈钢内壁中流动，故内衬不锈钢复合钢管可以代替纯不锈钢管用来输送饮用净水。

综上说述，不锈钢复合钢管结合了不锈钢和镀锌管的优势同时又克服了它们的缺点，价格又远远低于不锈钢管，是一种结构合理、耐腐蚀性好、输送效率高、使用寿命长、经济环保、使用领域广泛的新型管材。既防止了水质的二次污染，又大幅降低了成本，该管材可采用螺纹、焊接、法兰、沟漕等连接方式，具有密封性好的优点，有效克服了镀锌钢管易腐蚀和采用热熔连接的塑料管易老化的缺陷，是市场上能有效替代其它管材的新型环保产品。

§1 LF-7型双金属复合管生产主机设计背景
§1.1 LF-7型双金属复合管生产主机工作原理
§1.1.1 复合理论：复合管液压胀合时内层管将发生较大的塑性变形，应考虑材料的强化，不锈钢衬里材料根据其拉伸曲线可认为线弹性强化材料模型。而外层管在复合成形时一般控制在弹性范围之内，即使发生塑性变形也非常小，对于塑性较好的材料大都落在其屈服平台内，因此可忽略材料的强化，认为外层管为理想弹塑性材料模型。

tanα=E= (1-1)
式中 σ—处于弹性阶段时的应力；
ε—处于弹性阶段时的应变；
E—材料的弹性模量
弹性模量E的物理意义即为0—1或O′-3′的斜率，不同的材料有不同的弹性模量，它是衡量材料抵抗弹性变形能力的一项指标，因为不锈钢管抵抗弹性变形能力比镀锌钢管小，因此α<α1。复合管液压成形过程原理分析如上图所示。0—1—2—3—4—5为无外管时内管周向的压力—应变曲线。0′—3′—4′—5′为外管周向的层间接触压力—应变曲线。用两个相连的直角坐标系表示，00′长度为消除管间间隙内管所需的周向应变2δ/d 。在复合管内加压，首先内管发生弹性变形，随着压力的升高，内层管进入塑性强化阶段，当到达2点时内层管的外壁面刚好与外层管的内壁面接触，此时内层管外壁总应变为2δ/d，其总变形正好消除了与外层管内壁之间的间隙δ，此后压力升高，液压力通过内层管及层间接触压力P′传递到外层管，因而外层管周向应变与胀合液压力P的关系将为直线2—3″—4″—5″所示。直线2—5″上任一点的纵坐标为直线0—5及直线0′—5′对应点的纵坐标之和。外层管的内壁开始发生弹性变形，由于内外管在胀合过程中始终贴合，内外管应变均应在横坐标相同位置处。如果当周向应变到达3（3′）点时卸压两壁面弹性回复后，外层管的内壁与内层管的外壁应变均正好同时到达0′点，两管仍贴合，但层间残余接触压力为零，所以说3″点对应的胀合压力为最小胀合压力Pmin。液压力在小于3″点以前卸压从理论上讲内外管之间三不可能产生残余应力与应变的。如果胀合液压从3点继续加压到4点后卸压， 外管的弹性回复大于内管的弹性回复，由于变形的协调，发现两者的变形最后停留6(6″)，此时两者之间存在永久残余接触压力P1与内外管的残余应变ε及ε1。要想获得较大的残余接触压力可继续加压，当到达5(5″)点时外层管内壁开始屈服，其弹性变形亦到最大。此时卸压可获得最大的残余接触压力P^γmax与内外管的最大残余应变。加压超过5点后卸压，获得的残余接触压力与内外管的残余应变增加不大，但将影响到复合管生产安全，复合管胀合加工时外层管的变形应限制在弹性变形范围内。鉴于复合管生产追求较大的残余接触压力意义不大，所以一般液压控制在Pmin和Pmax之间，只要P>Pmin就能达到胀合要求了。——（注：引自《基于径向自紧密封的双金属复合管液压成形》王学生）
§1.1.2 复合过程：塑性复合成形技术利用材料的弹塑性特性,使内外管接触并产生紧密的结合。塑性复合成形技术种类很多,但其复合过程与机理基本上是一致的,以内覆管为例,其塑性复合过程可以分为以下三个连续过程：
§1.1.2.1 内管变形阶段:开始时内层管与外层管之间存在间隙,当内管内壁施加加载压力后,内管管壁产生径向膨胀,直到内管外表面与外管内表面刚好接触,间隙消除,此时还未产生接触压力。
§1.1.2.2 复合阶段:随着加载压力的继续增加,开始了对外管的加载过程。外管首先出现弹性扩张,直到外管内表面满足屈服条件后,外管出现部分塑性扩张。随着加载压力不断加大,外管中的塑性区不断扩展,直到达到最大加载压力为止。
§1.1.2.3 卸载阶段:加载压力从最大逐渐减少至零,这时内管与外管均处于卸载状态。由于第二阶段中产生了塑性变形,当加载压力完全消除后,内外管之间仍然接触,产生残余接触压力。在塑性复合过程中,内管发生了大塑性变形,外管则处于弹性变形状态或部分塑性变形状态,在卸载时由于外管的回弹量大于内管的回弹量,外管箍紧内管,两管之间形成胀紧力,即残余接触压力,达到紧密的机械结合;残余接触压力的大小取决于材料的回弹能力。如果在高温条件下,则在复合阶段管层间塑性变形量越大,越易在结合界面发生扩散反应,达到界面冶金结合。——（注：引自《双金属复合管塑性成形技术的应用及发展》陈海云，曹志锡2006年10月）
§1.1.3 复合力计算：冷滚压复合方法是利用多个平截正圆锥体，通过旋转力型成复合力系，即：滚动力=>滚动磨擦力+扩张力+复合力+前进力，滚动力是动力传递，从而达到复合的目的。
§1.1.3.1 冷拔复合方法:利用一个正截圆锥体，通过冷拉拔力型成复合力系，即：拉拔力=> 滑动磨擦力+扩张力+复合力+前进力，冷拉拔力是动力传递，从而达到复合的目的。
从两个力系分析，在同一个规格的复合管的复合力是相等的，但复合方法不同，需要给予外力截然不同。冷拉拔复合方法是一个动力锥体，形成一对滑动磨擦斜面；螺旋挤压复合方法是一个平截正圆锥体，形成几对滚动磨擦斜线。以ND50/ND100为例，计算出：受力面积，需要复合力，冷拉力/挤压力，配制电机功率，建立表格。
（1）用冷拔拉力方法：
1）DN50为例：
①受力面积： 20×59×3.14 = 3705.2（mm²）
复合受力面宽度： 33
复合管直径： 59
②需要复合力： 3705.2×235=870722（N）
复合管屈服强度： 235
③需要冷拉力： 870722 +870722×0.25=1088402.5（N）
滑动磨擦系数： 0.25
④配制冷拉力需要的电机：
PZ =×10﹣3 (kW) (1-2)
=1088402.5×0.0167÷0.56×0.001
=32.4（KW）
V：0.0167 M/s
η：0.56
2）DN100为例：
①受力面积： 21×114×3.14=7517.16（mm²）
复合受力面宽度： 21
复合管直径： 114
②需要复合力： 7517.16×235=1766532.6（N）
③需要冷拉力： 1766532.6+1766532.6×0.25=2208165.75（N）
④配制冷拉力需要的电机：
PZ =×10﹣3 (kW)
=2208165.75×0.010÷0.56×0.001
=39.4（KW）
（2）用螺旋挤压复合方法：
1）DN50为例：
①受力面积： 33×50×3.14=5181（mm²）
②需要复合力： 5181×235=1217535（N）
③需要螺旋挤压力矩：
（1217535+1217535×0.022）÷3×0.05 =25365.3（N·MM）
④配制螺旋挤压力需要的电机：
PZ=×10﹣3 (kW) (1-3)
=25365.3×1200×0.001÷9550
=3.19（KW）
2）DN100为例：
①受力面积： 60.5×104×3.14=19756.88（mm²）
②需要复合力： 19756.88×235=4642866.8（N）
③需要螺旋挤压力矩:
(4642866.8+4642866.8×0.022)÷6×0.104=82246.8（N·M）
④配制螺旋挤压力需要的电机：
PZ=×10﹣3 (kW)
=82246.8×900×0.001÷9550
=7.75（KW）
两种复合方法比较数据表
项目

工艺
规 格
复合受力面积
（mm²）
所需
复合力
（N）
挤压力矩/冷拉力
（N·MM）/（N）
机电配置
（KW）
复合
次数
（次）
复合
时间
（S）
滚动
挤压
方法
DN50
5181
1217535
25365.3
3.19
1
240
DN100
19756.88
4642866.8
4642866.8
7.75
1
360
冷拔
拉动
方法
DN50
5181
121753.5
152191.875
27
2
720
DN100
6857.76
161157.36
201446.7
30.4
3
1200

§1.2 LF-7型双金属复合管生产主机发展过程
§1.2.1 国际发展：就国外而言，复合管的研发已经进行了相当长的时间。英国从1967年开始试验，成功的开发了T310不锈钢外层和1250号钢为内层的双金属管等。1976年开始在发电锅炉中大规模安装这种双金属挤压管，解决了锅炉管外部炉边腐蚀问题，其耐腐蚀能力可提高2~4倍。近年来，全世界的锅炉制造商一直对双金属挤压管用作先进装置的过热材料感兴趣（这种装置以80~89kg/mm的高压和593~650℃的高温运行）。美国、日本和英国都正在进行研究开发。——（注：引自《国外特殊钢生产技术》冶金部特殊钢信息网编著，1996年6月第一版127页）
§1.2.2 国内发展：国内的复合管发展在上世纪90年末代才开始起步，发展空间相当大。碳钢内衬不锈钢复合管采用国标热镀锌钢管为外层，以进口或国产优质不锈钢管为内层，经特殊工艺复合而成。由于兼顾了内外两层管材的优点，同时也克服了它们各自的缺点，因而近年来逐渐被建筑设计单位和工程界看好。

复合主机发展表

型号
结构
第一代
第二代
第三代
第四代
第五代
第六代
支架
角铁水泥墩
铸造件
六工位支架钢结构件
三工位支架钢结构件
双工位支架钢结构件
低型支架钢结构件
冷却
车床冷却泵
车床冷却泵
专用水箱水泵
专用水箱水泵
专用水箱水泵
气水专用水箱水泵
行走
卷扬机
地下自重坑
单边齿轮齿条
六角钢、宝塔轮
六角钢，宝塔轮
双齿轮齿条，可控速
动力
台钻电机
长轴齿轮箱
六角轴联接齿轮箱
4轮悬挂式独立电机
4轮悬挂式独立电机
6轮悬挂式独立电机
模具
胀管器
胀管器改良
胀管器改良
胀管器改良
胀管器改良
专用模具
夹紧
台虎钳
移动夹紧
支杠压力式夹紧
支杠压力式夹紧
支杠压力式夹紧
气动专用夹紧
控制
按钮式接触器
按钮式接触器
按钮式接触器
PLC手动
PLC手动、自动
PLC动力可控、自控
模头模尾
引入器，引水槽
引入器，引水槽
改良引入器，引水槽
改良引入器，引水槽
改良引入器，引水槽
改良引入器，引水槽
研发地点
杭州市八丈井
杭州市铁路电机厂
杭州市铁路电机厂
江苏宿迁
江苏南京
山东滕州
研发时间
1997年4月
2002年4月
2004年7月
2005年9月
2006年1月
2009年9月

§1.3 LF-7型双金属复合管生产主机设计要点
§1.3.1 复合部件总成设计要点
§1.3.1.1 复合动作分解：根据复合管的原理及其过程，我们把复合动作分解为5个阶段：
①内管弹性阶段：表现为内管直径扩张，未与外管接触；
②内管塑性阶段：表现同①阶段，但已经进入塑性变形，受力不同；
③接触复合阶段：内管与外管接触，开始传递压力；
④外管弹性阶段：外管受力，由内壁道外壁逐步开始弹性变形;
⑤卸载阶段:在外管开始塑性变形前卸除压力，变为外管的弹性回复力对内管施 压。
§1.3.1.2 冷滚压法复合机械动作分析：冷滚压法减少了整体受力面积，并且比冷拔法更加均匀细致。为了复合过程更加平稳，我们将滚珠与主轴成一定角度进行滚压。滚珠与内壁接触部分按照复合过程分三个受力区域，如图：
①内管弹性变形区；
②内管塑性变形区；
③外管弹性变形区；
④外管弹性恢复区。
其中，②与③之间的复合受力过程属于微观过程，不列入区域，③之后的弹性恢复阶段不属于受力过程。
由于滚压过程滚珠要旋转前进，因此滚珠与主轴还要有一个螺旋角度。我们选用固定架的方式，在固定架加工出用于滚珠定位的复合螺旋角度的定位键槽。
根据滚珠机械运动的轨迹与受力方向，根据受力分析，滚珠与主轴之间有三个力：
（1）滚珠旋转的滚动摩擦力；
（2）克服滚珠轴向移动的滑动摩擦力；
（3）克服管材形变的反作用力。
因此我们选用锥形轴作为模具主轴，以满足力的要求。
§1.3.1.3 复合力数字分析：我们看到随着管材直径的提升，所需的复合力大幅提升,一台主机显然不能满足所有规格的复合管，需要分类。内衬不锈钢复合钢管按通径分为：
①小通径（DN10~ DN25）、
②中通径1（DN32~DN80）、
③中通径2（DN32~DN150）、
④大通径1（DN200~DN450）、
⑤大通径2（DN500~DN850）。
因此，将复合主机分为五类，电机功率根据加工的复合管通径提升。
§1.3.2 固定和稳定要点
§1.3.2.1 主机支架：主机支架的固定可以保证一个合适的工作平台，并能经受得住复合时巨大的反作用力。
主机支架由铸件、焊接件和锻压件组成。
§1.3.2.2 行走架：行走架是承载主轴电机与行走电机的部件，行走架的稳定与否影响着复合时的质量、效率与主机的寿命。
为了保证行走的稳定性与连续性，我们选择从动走轮与行走齿轮配合，并在7型中，首次在行走齿轮上安装离合器，进一步提升复合质量。
§1.3.2.3 夹紧：由于复合时的会产生相当大的作用力，因此管材需要很有力的夹紧装置来保证复和过程正常进行。而考虑到复合时，外管会有局部形变膨胀，夹紧装置必须留有一定的活动空间。
为了满足以上的需求，我们在设计夹紧装置时，选取聚氨酯作为夹口材料。装置是专门设计的气动支杆式夹紧。
§1.3.3 控制和制动要点
§1.3.3.1 主机动作的手动控制：为方便主机的调试与控制，在编辑PLC的时候加入手动控制功能，能够实现点动、中断及还原等操作。
§1.3.3.2 主机动作的自动控制：要实现复合管的批量生产及工业化生产，必然要有自动工作程序，按照“回零→夹紧→校验位置→开动电机→复合过程监控→停止→倒车→停止→松开夹紧→回零”的顺序进行工作。
§1.3.3.3 主机的制动系统：不论在调试中还是在工业生产中，都要保证主机工作的安全以及能够应对各种突发状况，主机必须设置制动装置。制动装置需要能够在最短时间内停止的前提下，尽量降低制动对主机造成的损害。我们设计在以下情况下能够启动制动：
（1）按下制动按钮；
（2）主机上设置的限位开关触发；
（3）过载保护及过热保护启动。
§1.4 LF-7型双金属复合管生产主机发展趋向
§1.4.1 复合方法的发展
§1.4.1.1 复合理论的完善：机械复合、扩散复合、冶金复合。
（1）机械复合
1）定义：根据复合理论，通过机械力，使复合管材的内管塑性变形外管弹性回复， 从而达到复合的过程，称之为机械复合。
2）特性：
1、复合管之间存有复合界面，没有固相扩散，更没有金相结合，微观上存在 间隙；
2、导电没有界面影响；导声过量、过盈复合不受界面影响，适量复合受界面 影响；导热受界面影响，有折点；导磁受界面影响，有折点。
3）分类：机械复合过程中主要考虑复合材料缝隙腐蚀问题。根据缝隙腐蚀形成理论，提出内衬不锈钢复合钢管按复合力分为
①适量复合：执行CJ/T192-2004《内衬不锈钢复合钢管》城乡建筑行业标准；
②过盈复合：执行SY/T6623-2005《内覆或衬里耐腐蚀合金复合钢管规范》石油天然气行业标准；
③过量复合：执行QB/T2558—2002《爆炸胀接不锈钢复合钢管》轻工行业标准。
4）用途：①用于饮用水、热水、蒸气、牛奶、酿造、饮料、消防、暖通空调水及输流管道，使用适量复合类；②用于煤矿单体液压支柱缸体、塑料挤压机缸体的双金属复合管，使用过盈复合类；③用于机械设备零件，如双金属轴承、250℃以下的造纸机械换热器、海水淡化设备等，使用过量复合类。
（2）扩散复合
1）定义：双金属表面经处理后，在压力的作用下，加热至扩散温度，双金属的原子相互扩散形成复合界面的过程，称之为扩散复合。
2）特性：导热、导声、导电、导磁都没有界面，有折点。固相扩散复合过程大致可以分为三个阶段:
①第一阶段，是物理接触的形成阶段，也就是被复合材料的原子依靠塑性变形，在整个界面上相互接近到能够引起物理作用的距离．这时，位错消失而使塑性材料的接触表面激活，形成弱化学键的条件；
②第二阶段，使接触表面激活，形成激活中心，然后在界面两侧之间产生物理和化学的相互作用，最后形成化学键，所以也称化学相互作用阶段．已经使物理接触面实现化学结合后；
③第三阶段：金属材料通过结合面向四周扩散，在国外文献中，通常也称为“体”的相互作用阶段．在这一阶段，既要在接触面上形成牢固的化学键(结合)，又要从接触的“面”发展到“体”，并最终实现牢固的冶金结合。
3）分类：
①无助剂扩散复合：两金属直接复合；
②有助剂扩散复合：两金属中有低熔点过渡金属的复合；
③过渡液相扩散复合：一相是固相，一相是液相的复合；
④相变超塑性扩散复合：有一金属属于相变超塑性状态的复合；
4）用途：650℃~850℃的发动机组的临界传热管、海水淡化传热管、高档的发动机组复合缸体。
（3）冶金复合
1）定义：双金属复合过程当中，复合界面形成一个单独金属相的复合。
2）特性：复合界面宽；导热、导声、导电、导磁都没有界面，没有折点。
3）分类：根据复合方式
①爆炸复合:利用炸药爆炸释放的能量，使两种金属高速碰撞，在界面达到冶金复合的一种复合过程。由于爆炸的独特性，复合界面的微观组织有其独特的特点。
②液固浇注复合：低熔点的合金加热至熔融状态，使其熔浇在高熔点的合金上的过程。
③双液浇注复合：也叫双浇工艺，将低熔点的合金浇注在特定将凝固的合金上的过程。
④热轧复合（扩散复合升级）：在轧机的压力条件下，伴以热作用，使复合体表面氧化皮破碎，并在整个金属界面内产生塑性变形，在破碎后露出新的金属表面处形成复合层的原子键合和互相渗压嵌合。
4）用途：
①石油、天然气管材：主要做油井管及集输管。可以开发的品种有：碳合结与耐腐蚀不锈钢或合金的复合管；如CrMo钢与13Cr、超级13Cr、G3、825和C028等的复合管道。
②化工管材：主要用于内层为强腐蚀介质，而外层则有强度要求的各种使用环境。如碳钢与耐蚀不锈钢304、316L等的复合。
③内覆耐磨金属材料：用于电厂粉煤、矿山矿粉和尾矿浆输送等高磨损工作环境。
④离心铸态成品钢管：高温炉管、高温炼烧罐及供后期加工的铸态钢管。
§1.4.1.2 复合模具的改进
（1）第一代复合模具：利用其他领域的相似工具替代的。
（2）第二代复合模具：根据复合理论，在原有的基础上进行改良设计而成。
（3）第三代复合模具：根据复合分类，设计各种针对不同类型复合管的专用复合模具，复合力可控，复合尺寸可控。
§1.4.1.3复合材料的扩展
（1）开发期。外管：镀锌管、焊接管、无缝管；内管：不锈钢管、铜管。
（2）成熟期。外管：镀锌管、焊接管、无缝管、不锈钢管、铜管、钛管；内管：钛管、铜管、不锈钢管。
§1.4.2 复合质量的发展
§1.4.2.1复合管标准的发展：
（1）2004年城乡建筑行业颁布的《内衬不锈钢复合钢管》；
（2）2005年石油天然气行业颁布的《内覆或衬里耐腐蚀合金复合钢管规范》；
（3）2006年中国工程建设标准化协会颁布的《给水内衬不锈钢复合钢管管道工程技术规程》。
§1.4.2.2 复合管检验手段的发展：
（1）声学波和音学波检验手段的建立:声发射技术是一种新兴的动态无损检测技术,通过评定声发射源的特性来对结构进行检测。材料在应力作用下的变形与裂纹扩展, 是结构失效的重要机制。这种直接与变形和断裂有关的弹性波源, 通常称为典型声发射源。（注：引自《蜂窝结构的超声和声无损检测技术》）
（2）相控阵检测技术：通过相控阵列和延时电子装置、超声波束可以按要求准确地进行定焦和导入、即声束能够回转运动。
（3）无损探伤技术：
①射线探伤：在各种成像技术中，射线实时（数字）成像技术的影响是最深远的，而由于现在射线成像板和线阵列接收器性能的大幅提高，以及微焦点射线源的完善和数字成像技术的进步，使得射线实时成像技术有了长足发展。
②磁性探伤：当被此话的铁磁性材料表面或近表面存在缺陷（或组织状态的变化）从而导致该处的磁阻有足够的变大时，在材料表面空间可形成漏磁场，通过各种辅助手段或仪器，检测出漏磁场，既为磁性探伤。
§2 LF-7型双金属复合管生产主机设计内容
§2.1 生产主机的动作分解、机构保证、组合分类及任务
§2.1.1 复合动作主线：
§2.1.1.1夹紧功能
（1）动作范围：复合管材就位开始，到回零完毕。
（2）动作内容：夹紧并固定复合管材，阻止管材在复合过程中转动及移动
（3）夹紧装置：根据杠杆定理，采用气动装置作为动力，夹口根据管材直径进行调整；夹口采用聚氨酯作为缓冲。包括夹紧、气动系统。
§2.1.1.2 复合功能
（1）动作范围：管材夹紧完毕开始，到复合完毕。
（2）动作内容：转动并推进模具，是复合的主要动作，现在的复合模具与动力部分已经可以达到速度可控。
（3）复合装置：专门设计针对不同型号管道的模具和动力部分。
①模具：模具轴及螺帽、滚珠、保持架、扭矩传感器；
②动力部分：动力行走架、走轮及走轮轴、行走电机、行走齿轮及单向离合器、主轴电机、主轴轴承座、主轴。
§2.1.1.3 冷却功能
（1）动作范围：复合前开始，到复合后。
（2）动作内容：始终保持循环冷却，保证复合过程中带走摩擦所产生的热量，避免温度过高导致的复合失败或金属相变化。
（3）冷却装置：针对管道冷却，输送冷却液装置采用模头模尾配合复合管材达到冷却循环。组成包括：模头、模尾、两个水箱、水泵。
§2.1.2 复合动作分解
§2.1.2.1 夹紧总成：复合管材就位→启动夹紧→气泵开始工作→气动系统推动夹紧杠杆→夹口抱住管材→锁定杠杆→模头模尾轴向夹紧
§2.1.2.2 转动及动力总成：夹紧就绪→动力电机启动→转动经主轴、传动法兰传输至传动轴，传动轴输入模具轴，模具轴带动滚珠转动→行走电机启动→经蜗轮减速器传动至单向离合器，传输到行走齿轮→动力行走架启动→在两台电机动力输出的合力作用下模具进入工作状态→复合管材→复合完毕传感器就收信号→两电机停止→回零信号→行走电机反转→动力行走架退回原点。
§2.1.2.3 冷却总成：模头模尾就绪→水泵启动→开始冷却循环→动力行走架退至原点时停止
§2.2 运动件、固定件、控制件设计
§2.2.1 运动件
§2.2.1.1 复合主轴的设计说明
以DN50为例,根据查机械设计基础（第二版）
（1） 选择轴的材料
查P273表14.4
40Cr调质，HBS=241~286
其σb =750MPa σs =550MPa σ﹣1=350MPa
（2） 估算轴径
d ≥ =C
查P271表14.1
[τ]=40~52 MPa
C=98~107
d=(98~107)×=20.09~21.935mm
考虑到轴上有键槽（安装皮带轮），并且实际应用当中各种无法计算的问题，
我们将轴径最终敲定为50mm。
（3） 进行轴的结构设计并绘制轴的草图、扭矩图。
图号：LFDJ-Ⅶ-1002C-01

计算结果

40Cr
调质

d=50mm

F=1058.4N

Me=25.4N.M
§2.2.1.2 行走齿轮齿条系列的设计说明
齿轮材料选取40Cr，齿条材料选取45号钢。
齿轮精度8级，GB10095-88.
齿轮热处理采用表面淬火。
齿轮硬度51~55HRC
齿轮齿条参数表
几何参数：
单位
齿轮
齿条
备注
齿数Z
mm
21
21

法向模数m
cm
6
6

法向压力角αn
度分秒
20
20

螺旋角β
mm
0
0

有效齿宽b

26
26

齿顶高系数ha*

1
1

齿顶倒棱系数hd*

0
0

顶隙系数c*

0.25
0.25

全齿高系数xt*
mm
2.25
2.25
齿轮轴线至齿条基准面
安装距a

83.5
83.5

径向变位系数x

0.5

法向变位系数xn

0.5

分度圆直径d
mm
126
17.5
齿条分度线至基准面距离
基圆直径db
mm
118.401
20.5
齿条节线至基准面距离
顶圆直径da
mm
144
23.5
齿条齿顶至基准面距离
根圆直径df
mm
117
10
齿条齿根至基准面距离
齿顶高ha
mm
9
6

齿根高hf
mm
4.5
7.5

全齿高ht
mm
13.5
13.5

弧齿厚St
mm
11.609
7.241

§2.2.2 固定件
§2.2.2.1 动力支架的设计说明
（1）动力支架的作用：用于承担整个动力总成的重量，并实现动力部分的行走功能。同时固定电机与主轴座，保证动力部分工作时的平稳性。
（2）动力支架的组成：主行走架、电机上架、电机下架。（自上向下）
①主行走架装配：走轮及走轮轴安置于行走轨道；行走电机架安装于末端，固定蜗杆减速器，悬挂行走电机；下接电机上架。
②电机上架装配：上接主行走架；主轴座安装于内部；外接电机下架。
③电机下架装配：内接电机下架；主轴电机悬挂于下部。
（3）除主行走架外，轨道上还有数个行走架用于支承主轴重力，其数量与规格视主轴尺寸计算而定。
下图为动力总成装配图：LFDJ-VII-1002C-00

§2.2.2.2 主机支架的设计说明
图号LFSJ-Ⅶ-0801-00
（1）主机支架的结构组成及其作用。
1、门：我们设置门是为了安全与方便着想。设备不工作时，门内侧就是动力部分，十分便于进行检修、调试；而门开启时设备将断电，防止各种原因导致设备启动或通电对操作者造成危险