开题报告 机械设计制造及其自动化 卡套式管接头设计及制造工艺研究 一、综述本课题国内外研究动态，说明选题的依据和意义 （一）国内外研究动态 1、国外研究动态 卡套式管接头最早由德国ERMETO公司于1930年发明，主要由三个部分组成：（1）具有24°锥形孔的接头体；（2）带有尖锐内刃的卡套；（3）起压紧作用的螺母。当拧紧螺母时，卡套在螺母的压力下被推入接头体的锥形孔内，并随之变形，这时卡套与接头体内锥面紧密接触，形成球形密封，同时卡套的内刃口自动卡入钢管外壁，卡套中部稍有拱形凸起，具有一定弹性，有利于密封和防止螺母松动，卡套尾部也径向收缩抱住管子，从而起到可靠的连接与密封作用。 卡套式管接头自诞生至今已经历了多次改进与发展，20世纪80年代其主要结构特点是采用渐进式多刃卡套，包括两片渐进工作刀刃，一个止动边和喇叭形的环尾，大大提高了接头的交变抗弯强度和抗拉强度，止动边指明装配到位点，从而提高了装配的可靠性。80年代卡套式管接头又将卡套传统的刚性密封改为更可靠的弹性密封。 2、国内研究动态 卡套式管接头在国内的应用历史还很短，我国国产化卡套式管接头存在下面这些缺陷： （1）我国现行的卡套式管接头标准为1983年施行，近20年来再无研究改进，国外已发展到第五、第六代，而我国仍停留在第一代，甚至赶不上国外最早一代的水平。 （2）就国家标准而言，也存在不少缺点，如接头系列不全、压力级别低，无法应付各种复杂的高压使用场合。 （3）没有国标变径接头，虽有行标变径接头，但由于材料及热处理等方面的原因，难以承受高压。基于同样的原因，与卡套式管接头配套使用的B型扣压式胶管接头也无法用于工程机械。 （4）国标规定卡套式管接头的接头体和螺母一般采用35号钢或Y20钢，卡套采用(10号钢，其表面热处理硬度为HV550-800，芯部硬度范围HV220-300，管子采用10号冷拔（或冷扎）无缝钢管。这对卡套的制造精度和刃口热处理硬度要求较高，对于钢管
的表面硬度及圆度要求也较高，加之国内厂家生产卡套式管接头缺乏经验，不合格品比例较高，如果卡套刃口的硬度达不到要求，或钢管的表面硬度太高、圆度不合格，则会导致卡套接头在液压系统中经常出现漏油和拔脱现象。 （5）卡套式管接头的装配工艺较复杂，要求装配人员具有一定的技术水平和经验，特别是卡套式管接头的预装更为重要，预装的好坏直接影响到卡套的密封和抗拔脱能力。国外为提高预装质量已大量使用专用设备—预装机，国内目前还没有专业的预装机生产厂，卡套式管接头大多靠手工预装，不仅效率低，且与工人的技术水平、工作态度有相当大的关系，装配质量很不稳定。 （6）国产组合卡套接头达不到相应的压力等级 （二）选题的依据和意义 浙江是中国海岸线最长、岛屿最多的海洋大省，可建设符合世界航运发展趋势的大型化船舶、深水化航道、10万吨级深水泊位100个，居全国第一，目前已经集聚了由民营企业投资的500多家船舶修造厂。当前，国际船舶制造业正向东南亚转移，“长三角”经济迅速崛起，上海国际航运中心逐步形成，给浙江船舶工业的发展带来了千载难逢的机遇。 近几年我省船舶工业发展势头很好，已经具备建造5万吨级船舶、坞修7万吨级和航修30万吨级的能力，这些都为我省加快船舶工业的发展打下了良好的基础。 管接头在船舶中应用很广泛，一艘2750标箱的集装箱船，使用管接头的一万多个，又如技术密集型的GL及多用途集装箱船，仅高压管接头（试验压力要求35Mpa）就需数百个。按照全国年造船量多1500万吨计算，需要各种管接头4亿多个，效益可观。过去对于高压系统的管路连接多采用高压法兰焊接，要求高且耗时多，会产生焊渣等杂质，管道拆装、清洁不方便，又不可多次重复装配。为提高船舶制造水平，减少焊接工作量和系统污染，提高液压系统清洁度，现在多数采用卡套式管接头，它是具有良好的耐压性、耐振动性、耐热性且反复性好的特点。它与钢管连接时不需要焊接，有利于防火、防爆和高空作业，消除焊接不慎带来的严重后果，并可用于高温、高压及有振动的管路中，是液压系统中较为理想的连接件。 液压管路就如人体的血管一样，普通管子的质量容易控制，但管接头的可靠性直接关系到产品的质量，因此如何提高接头体的密封可靠性，尤其是高压系统中的管接头长期保证不泄漏，正是设计制造企业和使用单位一直面对的难题。目前国内企业很难达到高可靠性要求（特别是高压大口径管接头），往往是进口的，但费用高，企业
正处于矛盾中。另外，为防止长期使用后海水、气的腐蚀，避免锈铁冲入液压系统，造成液压元件阻尼孔堵塞等的故障，不锈钢管接头正得到日益广泛的应用。但不锈钢的表面强化处理工艺还不够成熟，零件“内韧外硬”的性能不能保证，成品率低，如化学热处理中使用的盐浴碳氮共渗新工艺，其成分对热处理质量常有很大影响，要适时调整盐浴的成分，控制产品质量，但是目前国内企业这方面还没有完全掌握，缺少相应的好设备。 本课题探讨研究的卡套式管接头将可能解决企业管接头生产的难题——特别是不锈钢材料方面，将可能推进浙江船舶配件业的发展。 二、研究的基本内容，拟解决的主要问题： （一）研究的基本内容 （一）基本内容 1、国内外高压管接头各方面参数、性能的分析和比较 国际上管接头类型很多，本课题着重研究分析耐高压、耐振动的船用管接头，其中正日益广泛应用的、具有代表性的是单刃口卡套式管接头和多刃口卡套式管接头。 （1）接头体、卡套、螺母等设计结构、尺寸精度方面的分析比较 （2）接头体选材、卡套选材的分析 （3）管接头装配工艺技术的对比分析 2、卡套热处理研究 3、改进装配工艺 （1）装配时防咬合、减磨技术 （二）拟解决的主要问题 1、卡套管接头结构中接头体、卡套、螺母的尺寸结构的合理分析设计 2、卡套管接头结构中接头体、卡套、螺母材料的合理选择及加工工艺 3、管接头装配工艺分析研究 三、研究步骤、方法及措施： 研究步骤： 1、明确研究的目标
2、查阅、分析对比国内外管接头的研究历史及现状 3、测量1-2组卡套管接头结构的实际尺寸大小并做出三维造型 4、结合理论和实际情况设计出合理的卡套式管接头方法：依据所给设计任务要
求，参照相关资料进行设计，设计过程中遇到不懂的主要通过询问指导教师，查询相关资料解决。 措施：1、查阅大量的资料，了解卡套式管接头的发展历史，不同结构的优缺点及现阶段研究动态 2、可以与指导老师相互交流，根据老师的所提的意见进行修改设计 3、实际动手测量，将理论与实际结合起来，设计出合理的结构 四、参考文献 [1] 雷雄.单卡套式管接头与双卡套式管接头的密封性能对比[J]液压气动与密封，2002.4第二期 [2] 沈少华.卡套式管件的应用[J]机电技术，2008年第四期 [3] 董于梅，张惠山.曲面卡套式管接头、锥面卡套式管接头标准介绍[J]内燃机车，2007年第六期 [4] 陈卫东.卡套式管接头在汽车起重机械上的推广[J]建筑机械，2003年第九期 [5] 于峻峰.气制动系统管接头的发展[J].重型汽车，2005年第二期 [6] 李敬言.卡套式管接头装配工艺技术[J]实用工艺技术，2002年第一期 [7] 刘忠德，樊曙天.奥氏体不锈钢后卡套滚压强化试验研究[J]排灌机械，21卷第四期 [8] 郑克宁.卡套式的制作[J]机械与电子，2008第六期 [9] 董广起，蒋守勇，马明燕.一种法兰式柔性快速管接头[J]2006年第二期 [10] 孙文龙.挤压式管接头-液压管路连接的新秀[J]液压气动与密封，2002.4第二期 [11] A.S.Zubchenko,I.L.Kharina,A.E.Runov,A.V.Mukhin,N.Yu.Korovin.Corrosion cracking of welded joints of pipelines from steel 08Kh18N10T in power units with RBMK-type reactors [J] Metal Science and Heat Treatment ,February,2007 [12] V.N.Bogomol’nyi.Minimizing stress at telescopic pipe joints [J]Chemical and Petroleum Engineering ,December 1993
