管道開孔器輕量化設計

管道開孔器輕量化設計

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在全球環保消費觀念盛行的今天，帶壓開孔設備輕量化技術開始變得重要，正成為通向未來節能設備發展之路的主流技術，在此技術領域已經走到了行業的前端。輕量化主要通過合理的結構設計和使用輕質、高強度的材料來實現。

設備的輕量化的技術內涵是：采用現代設計方法和有效手段對帶壓開孔設備的各類產品進行優化設計，或使用新材料在確保設備在綜合性能指標的前提下，盡可能降低產品自身重量，以達到減重、降耗、環保、安全的綜合指標。

然而，設備的輕量化絕非是簡單地將其小型化。首先應保持設備原有的性能不受影響，既要有目標地減輕自身的重量，又要保證設備在帶壓開孔工程施工中的安全性、便攜性、抗振性及操作簡便化，同時還要使設備本身的造價不被提高，以免給客戶造成經濟的壓力。

設備輕量化技術包括設備結構的合理設計和輕量化材料的使用兩大方面。一方面設備的輕量化與材料密切相關；另一方面，優化帶壓開孔鉆結構設計也是實現輕量化的有效途徑。輕量化技術也在機械行業不斷發展，主要表現在：

一、輕量化設計原理

明確輕量化設計及材料技術的主要研究內容、設備的主要發展階段，按照工作原理和技術發展用輕量化設計及材料的特點和分析，了解現代輕量化設計及材料技術之間的關系。在設計與計算原理、材料性能 （包括相應的復合材料與材料復合物）以及成型方法的基礎上，相應的論述將會對創新有所發展。

二、輕量化材料

輕量化材料應用

1、有色合金材料

1.1鋁合金

鋁相對于鋼、鐵來講，質量輕許多，而且鋁資源豐富，市場供應充足。鋁加入合金元素后，具有密度小、質量輕、導熱性能高、吸收沖擊能力強，易于回收再生、耐腐蝕性高等特點。鋁合金的密度大約是鋼鐵的1/3，吸收沖擊的能力大約是鋼的2倍，導熱性能大約比鐵高3倍，所以鋁合金是輕量化的首選材料，在開孔設備上使用比較早，技術也相對成熟。

1.2鎂合金具有與鋁合金相似的性能，但是鎂的密度更低，它們的密度之比為1.8:3，是當前最理想，重量最輕的金屬結構材料，因而成為開孔機減輕自重、以提高其節能性和環保性的首選材料。但其鑄造性差，后處理工藝復雜，成本高。我國的鎂資源非常豐富，儲量占世界首位。但是國內用量很少，尤其是帶壓開孔行業用量極少，因此前景非常廣闊。

2、高強度鋼

雖然設備制造中鋁等輕質材料不斷增加，但鋼鐵仍是設備制造的主要材料。鋁等輕質材料由于受到自身性能、工藝要求以及價格等因素的限制，在設備制造中僅能代替一部分鋼鐵。高強度鋼相對于普通鋼來說具有高強度、質量輕、成本降低等特點，而且能夠提高安全性能，所以高強度鋼已成為頗具競爭力的輕量化的原材料。使用高強度鋼板代替普通鋼板制造設備，設備自身質量可減輕30%-40%；代替普通鋼制成的鉆桿質量可減輕約10%。所以，高強度鋼是設備中鋼鐵材料今后的主要發展方向之一。不僅有利于實現設備的輕量化，降低能耗和保護壞境，而且可以大幅度地提高設備的耐侵蝕能力，增加使用壽命。

3、塑料和復合材料

與相同結構性能鋼材相比，塑料和復合材料一般可減輕部件的重量在35%左右。低密度與超低密度片狀成型復合材料的發展提供了更多的潛力，在重量減輕與強度方面達到甚至超過了鋁材，整體成本通常更低。

塑料是由非金屬為主的有機物組成的，具有密度小、成型性好、耐腐蝕、防振、隔音隔熱等性能，同時又具有金屬鋼板不具備的外觀色澤和觸感。

復合材料即纖維增強塑料，是一種增強纖維和塑料復合而成的材料。常用的是玻璃纖維和熱固性樹脂的復合材料。增強用的纖維除玻璃外，還有高級的碳纖維、合成纖維。復合材料具有很多優點：密度小、設計靈活美觀、易設計成整體結構、耐腐蝕、隔熱隔電、耐沖擊、抗振等。

4、其它輕量化材料

精細陶瓷是繼金屬、塑料之后發展起來的第3大類材料。其發展史只有20年左右，但具有優良的力學性能（高強度、高硬度、耐腐蝕、耐磨損等）和化學性能（耐熱沖擊、耐氧化、蠕變等）。作為輕量化材料如果用于開孔鉆的零件，不僅直接起到輕量化的作用，更因其優良的耐熱性、耐腐蝕性和耐磨性，使功率提高，成本下降。蜂窩夾層材料是早已在飛機上采用的材料，其最大的特點是剛性高、比強度高、密度低。目前應用在開孔設備上的實例還不多，但應用研究在不斷前進，將來會較多地得到運用。

5、結論

盡管我們會面臨種種障礙，但仍然沒有放棄努力，專業軟件的開發成果越來越多，新材料技術、新生產技術和新設計方法不斷進步，鋁、鎂、復合材料和特種鋼等新材料在制造中的使用比例在逐步加大。雖然在目前看來短期內不會在減重方面出現革命性突破，但是由于不斷努力，相信不久的將來制造出輕量廉價的新一代帶壓開孔設備的目標。