毛豆脱壳机械设计-去壳机设计【含10张cad图纸+文档全套资料】

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借阅纸质文献：人工查找容易遗漏，需要在图书馆的计算机上找，如果计算机不方便，在宿舍查：学校网站——图书馆——读者服务——文献检索——输入书名（开始时字数少些、后来字数多些，注意搜索技巧） 3.对现有技术方案进行分析总结，完成开题报告（图文并茂，2000字）；在查阅资料和市场调研的基础上设计两种以上实用的新鲜毛豆脱壳机械，绘制图纸，撰写说明书。图纸符合制图标准。 4.在学有余力的情况下，编制新鲜毛豆脱壳机械关键零件的工艺规程。 5. 翻译英文文献一篇。 毕 业 设 计 任 务 书 3．对毕业设计成果的要求： 1. 新鲜毛豆脱壳机械设计图纸（含装配图、零件图） 2. 设计说明书一本 3. 英文翻译一篇 4. 学有余力时所完成得新鲜毛豆脱壳机械关键零件的工艺规程 4．毕业设计工作进度计划： 起 迄 日 期 工 作 内 容 大约时间 2016年 2月29 日~ 3 月29日 3月30日~ 5月31日 6月 查阅文献，撰写开题报告。 绘制图纸，完成毕业设计说明书。 参加答辩。 学生所在系审查意见： 同意下发任务书 系主任： 2016 年2月29 日 毕 业 设 计 开 题 报 告 1．结合毕业设计情况，根据所查阅的文献资料，撰写2000字左右的文献综述： 1 研究背景与意义 1.1 研究背景 毛豆以及其它一些豆类都具有很高的营养价值，而且口感良好，因此在日常生活中 颇受人们的喜爱。毛豆的开发利用是全球的一个新兴产业。大豆是植物蛋白的主要来源 ，在全球特别是我国淀粉营养供应有余 、而蛋白质营养供应不足的情况下，发展大豆生产迫在眉睫 。但长期以来人们直接摄取大豆蛋白质营养不多，仅通过豆制品、豆奶等方式，约占大豆总产的30 ％，而7 0％的大豆籽粒均用于榨油，其豆饼通过动物加以利用。 20世纪80年代以后 ，东南亚国家由于观念更新，率先通过直接食用毛豆来摄取蛋白质营养，相继受到许多地区人民的响应， 目前发达过国家对毛豆的需求量每年以 15％的速度递增 ，次发达国家对毛豆的需求量每年以1 O％的速度递增。在我浙江 、安徽 、上海等省市，毛豆产业成为一个重要的新兴必须产业。毛豆已成为南方各省夏秋两季的主要蔬菜，尤其是在经济发达地区大豆食用比重明显上升，并由南方逐步向农村扩展 ，毛豆被人们当做保健食品摆上了餐桌。 毛豆深加工过程中最复杂和费时的工序就是剥壳。手工剥壳方式具有费时费力、效率低、不卫生以及品质不一等缺点，给生产者带来了种种不便。目前，市场上虽然已经有一些专门的毛豆剥壳设备，但功能还不够完善，技术不是很成熟，缺乏成型的毛豆脱壳机具，阻碍了毛豆深加工的产业化发展进程。 1.2 研究意义 理论分析与实验研究表明，影响剥壳效果的主要原因是壳韧豆脆，籽粒易受伤，导致剥壳成功率不高。 经试验一台普通的毛豆脱壳机每小时能剥青毛豆200kg，而人工剥壳每小时最多4kg。由此可看出机械化剥壳比手工剥壳效率提高了50倍（海门市农业机械化技术推广服务站，2005）。但现在的技术水平远远不能满足当今日益发展的毛豆加工需求。由此缺乏了行业竞争力，缺乏长远的竞争力。为了实现对毛豆的大量加工。需要技术加工更高的一体化加工技术和生产线。 2 国内外研究现状 我国加入WTO以来，国内外关于毛豆脱壳机械的开发与推广应用日益增多，针对现有毛豆脱壳机械存在的优点与不足，在未来的发展过程中，对毛豆脱壳在机械生产应用中的经验进行总结，不断完善其功能，使其呈现良好的发展势头。 3 文献综述 [1]徐淑科论述了荞麦的资源分布情况，荞麦独特的营养功能以及荞麦产品在食品加工中的广泛应用。从荞麦加工工艺设计的角度，对荞麦加工中的要点进行了阐述，介绍了4种荞麦脱壳的原理和优缺点以及荞麦加工工艺流程图。 [2]黄和祥认为豌豆作为一种低脂肪，高蛋白的食物越来越收到人们的喜爱，它与其它豆类相比，优势在于价格低廉，加工与使用方式多样化。但无论是制酱类、制罐头、还是豌豆淀粉加工，都必须先剥壳。为此介绍了豌豆剥壳机械的主要结构和特点，阐述了其工作原理，分析了影响豌豆剥壳质量的因素，确定了主要参数和整机参数。 [3]于丽萍简述了荞麦米的营养成分，保健作用及加工概况，对其在脱壳机中的工艺及其操作该过程做了详细介绍，保证了脱壳率的提升。 [4]杜文华探讨带壳物料的脱壳技术 ,开发脱壳设备及方法，从现有脱壳设备、新型脱壳技术和工艺条件的研究阐明脱壳技术的研究与应用现状。指出了新型脱壳设备存在的技术难题。说明了脱壳是带壳物料深加工前的一道重要工序 ,市场前景很好 ,需要继续深入研究 。 [5]郑传祥说明了锥栗是著名特产，味美果香，为了开发各种各样的锥栗深加工产品，首先必须解决锥栗的脱壳去红衣问题。研究分析了国内外各种板栗脱壳设备，并在此基础上，提出了锥栗脱壳新技术：锥栗经干燥后进行分选按不同的大小进入不同的锥栗脱壳机，脱壳机内双排刀滚高速切割锥栗外壳，然后高速击打外壳去衣，经脱壳后的锥栗在脱壳机出口完成壳衣分离，在进入带式输送机进行分拣，未脱壳的板栗返回脱壳机，经分拣后的栗仁进入下一道工序。经过大量实验与测定，证明了该技术脱壳率高，完整率高，脱壳成本低适合我国国情，并通过省级鉴定。 [6] 何春薇、钱仔健、顾雄磊、吴福忠在分析青毛豆剥壳机理的基础上,设计出一种全自动青毛豆剥壳机,并对关键部件—送料装置和轧辊的设计参数进行分析计算,得到了相应参数的理论计算模型。根据关键参数的理论计算结果,制作了产品样机,并利用新鲜毛豆进行了多次剥壳试验,同时对试验数据进行统计分析。试验结果表明,剥豆成功率稳定在90%以上,毛豆破损率稳定在5%以下。 [7] 杨雪银认为板栗具有重要的经济价值和食疗价值,而且营养丰富、味美可口。目前板栗种植已产业化,其产量大大提高,但是板栗的破壳去衣一直是深加工中的难题,极大的影响了板栗的生产、加工和销售。所以,板栗的破壳去衣是必须解决的问题。 论文对板栗的干燥特性与压缩式、剪切式及揉搓式的破壳方式进行了试验研究,并进行了有限元模拟分析,以探讨板栗的破壳机理。主要结论如下: 通过干燥试验,确定了板栗的安全干燥曲线。同时对影响板栗含水率的主要因素:干燥时间、干燥温度及板栗的大小进行了分析,得出了含水率与三者之间的函数关系式。 通过对板栗压缩力学特性的试验研究,表明沿X向加载时,板栗的破壳效果最好;板栗大小、板栗含水率、加载方向及加载速率是影响板栗破壳力大小的主要因素。 分别进行了压缩、剪切及揉搓三种方式的破壳试验,结果表明,揉搓方式的破壳效果最好,剪切方式次之,压缩方式的效果最差。 用有限元方法对板栗的破壳机理进行了模拟,通过对节点力云图、节点变形及节点总应变的分析,得知板栗压缩时,沿X方向加载破壳效果最好;三种工作方式中,揉搓方式的破壳效果最好;另外,板栗果壳的力—变形量分布、裂纹走向等均与试验结果一致。由此可知,可采用有限元方法对板栗的破壳机理进行模拟。 [8]刘滨凡，战延文，王怀宇阐述了开展坚果脱壳机研制的目的和重要意义，介绍了我国坚果脱壳机研究的现状和问题，论述了风吸式多功能坚果脱壳机的结构、工作原理和主要技术指标，供有关科研，工程技术人员和果仁生产企业参考。 [9]刘少达，未立学，刘清生介绍了银杏脱壳机的组成、工作原理、结构特点和技术参数 ,并对脱壳分离机的主要技术参数进行探讨。实践证明该机器技术可行 ,能实现银杏脱壳机械化。 [10]刘瑞根，杨忠介绍了几种主要经济作物剥壳机械的加工技术,分析了其机构组成与工作原理,进一步阐述了这几种经济作物剥壳机械的各自特点与技术发展情况。 [11]胡志超针对当前国内荞麦脱壳设备研究开发滞后于荞麦生产发展问题,就加强荞麦加工关键技术设备的消化吸收与国产化开发的必要性及国产化研究开发要点等进行了系统论述。 [12]郭贵生，吕新民在油菜籽脱壳机上对影响油菜籽脱壳的主要参数进行了试验 ,并对试验结果进行了分析。试验结果表明 ,生产率对脱壳机的脱壳率和粉末率有一定的影响 ;甩盘转速增加使脱壳机的脱壳率和粉末率增大 ;采用合理的打板数可提高脱壳机的性能。 [13]魏秀青，高振江，吴薇认为板栗食用和药用价值都很高 ,面对板栗生产的快速发展 ,必须大力推进板栗深加工。制约板栗深加工的因素很多 ,脱壳去衣是其中一个主要技术难题。本文利用自行设计研制的气体射流冲击设备 ,很好地解决了板栗破壳取仁的技术难题 ,为生产各种板栗深加工产品提供了必要的前提条件。另一方面 ,利用该设备生产的开口即食板栗极易剥壳 ,方便卫生 ,经充氮包装可延长保存期 ,常年供应。 [14]党新安根据真空爆壳的机理 ,采用单真空源与多个装料爆壳室相结合的合理配置 ,设计出了用于工业化生产的自动板栗真空爆壳设备及其计算机控制系统。 [15]张艳华介绍了一种新型板栗脱壳设备 ,脱壳率90 %、栗仁质量好、破损率小、栗仁褐变程度低 ,设备操作简便、自动化程度高 ,适合工业化生产。 [16]王武在分析现有板栗剥壳技术的基础上 ,提出了利用微波能技术解决板栗剥壳难题的新方法 ,介绍了板栗微波爆壳的机理、实现途径 ,并进行了板栗微波爆壳装备的设计。 [17]张莉认为微波技术作为一项高新技术，近年来在食品工程研究与应用方面得到了较快发展，应用范围不断扩展。目前应用微波能进行食品干燥、杀菌、解冻等技术已实现工业化，但在板栗加工应用方面，尚未见国内外文献报道。 本研究将微波技术引入板栗脱壳过程，探索板栗微波脱壳的机理与技术可行性，以期找到一种有效的板栗脱壳去衣方法。研究结果表明：利用微波技术可实现对板栗的一次性脱壳去衣，加工工艺可分为切口与未切口两种。对于切口板栗来说，其较佳的微波脱壳工艺条件为：挑选板栗→称重分级→2％NaCl溶液浸泡7h→切口→微波能连续处理(满功率750W)→分离壳衣、仁→栗仁。而且，此工艺有着较强的适应性，可适用不同重量板栗的微波脱壳加工。未切口板栗较佳的微波爆壳工艺条件为：板栗挑选→称重分级→90℃预热干燥15min→微波脉冲处理(平均功率495W)→爆裂板栗→分离壳衣、仁→栗仁。必须注意：板栗重量不同，其微波脱壳效果有很大差别。微波对栗仁品质会产生影响，利于保护栗仁中含有的Vc，且具有较强的对POD酶的钝化能力，对淀粉晶体结构破坏程度很小。 参考文献： [1]徐淑科. 荞麦的营养功能、应用及其脱壳工艺好设备[J]. 粮食与饲料工业，2004（12）: 17-19. [2]黄和祥.豌豆剥壳机械的设计[J].农机化研究，2005(3): 109-110. [3]于丽萍.荞麦米的加工[J]. 西部粮油科技, 2002(5): 43-44. [4]杜文华.带壳物料脱壳技术研究初探[J].太原师范学院学报(自然科学版);2003年01期. [5]郑传祥.锥栗脱壳去衣及设备的开发[J].农业工程学报，2003（1）: 165-167. [6]何春薇、钱仔健、顾雄磊 、吴福忠. 全自动青毛豆剥壳机的研制[J].《农机化研究》 2010年02期. [7]杨雪银.基于有限元方法的板栗破壳机理的研究[D].华中农业大学;2005年. [8]刘滨凡.战延文，王怀宇.风吸式多功能坚果脱壳机的研制[J].森林工程，2005（2）: 10-12. [9]刘少达，未立学，刘清生.银杏（白果）脱壳分离机的设计[J].食品与机械，2004（5）:31-32. [10]刘瑞根，杨忠.经济作物剥壳加工技术[J].粮油加工与食品机械,2005（6）. [11]胡志超.加强荞麦脱壳加工设备研究开发，促进养麦加工产业化发展[J].中国农机化，2004(3):11一13. [12]郭贵生，吕新民.油菜籽脱壳机脱壳性能试验研究团[J].农业机械学报，2005 (1): 148-149. [13]魏秀青.高振江，吴薇.气体射流冲击板栗破壳技术开口即食板栗加工试验研究[J].粮油加工与食品机械，2003 (5): 55-56. [14]党新安.板栗真空爆壳机及其控制系统的设计[J].轻工机械，2002(4): 51-53. [15]张艳华.板栗脱壳设备的设计[J].粮油加工与食品机械，2004 (5): 70-7l . [16]王武.板栗微波爆壳技术及微波装备设计[J].粮油加工与食品机械，2002 (7). [17]张莉.板栗微波脱壳机理及加工工艺研究[0L].中国学位论文全文数据库，2004. 毕 业 设 计 开 题 报 告 ２．本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）： 1 研究的问题 目前，市场上虽然已经有一些专门的毛豆剥壳设备，但功能还不够完善，技术不是很成熟，缺乏成型的毛豆脱壳机具，阻碍了毛豆深加工的产业化发展。理论分析与实验研究表明，影响剥壳效果的主要原因是壳韧豆脆，籽粒易受伤，导致剥壳成功率不高。 2 研究的途径 现今在生产生活中，较为常用的两种毛豆剥壳机有轧辊式毛豆剥壳机、挤压式剥壳机。 轧辊式毛豆剥壳机主要由振动料斗、机体、输送机构、导料板、轧辊和豆与壳分离引导板组成，将毛豆荚放入储料斗中，电机带动偏心轴转动，由于偏心轴质量分布不匀所以在转动过程中将产生激振力，使豆荚较分散且均匀地落在传输带上，经传输带把豆送到导料板，进而滑落卷入轧辊中。由于两轧辊反向旋转，同时两轧辊之间有一定的间隙，能够使豆荚的一部分被轧辊夹持并被挤压，使豆粒从豆壳中脱出，而豆壳被轧辊卷入，使豆粒和豆壳分离。经分离引导板将豆粒导入豆粒收集盘中，把豆壳导入到豆壳收集盘中。 挤压式剥壳是借助于轧辊对豆粒挤压，使豆粒从豆壳中脱出。其中，反向旋转的一对轧辊为剥壳机的核心装置，它能有效破壳的原理如下：毛豆豆荚为扁长条状，中间厚，两头扁平，籽粒在壳内纵向排列，籽粒间有一定间隙，受外力挤压时会移动；豆荚外壳比较柔韧，两片豆壳结合处破坏应力较小，当被施加外力时，籽粒可以从两豆壳结合处轻松脱出HJ。当长条状毛豆荚经送料装置纵向输送到双轧辊时，豆荚扁平的一端首先被反向转动的轧辊夹持，轧辊转动，豆荚通过轧辊向前移动。由于两轧辊间隙较小(大约在1．7—2．Omm之间)，豆荚中间厚鼓部分难以通过，荚中籽粒受到轧辊的挤压，与荚壳产生相对运动，向后移动的籽粒将荚壳撑开，脱离豆壳，实现剥壳脱粒。这时，豆壳在双轧辊的前侧，籽粒在后侧，达到了粒壳分离和分置。 毛豆脱壳机一 如图所示毛豆脱壳机，由被固定在底座1中部的轴板2上呈上下位置安装的上、下挤压辊6, 7和装在它们端部的齿轮5、摇把8构成。该剥毛豆机的上、下挤压辊6; 7在一周的同步反向转动中，它们间的夹角、夹缝大小不断变化，在最小夹角、夹缝位置也能把荚壳夹紧而不夹坏豆粒;它剥出的豆粒不受污染，不经上、下挤压辊6、7间的夹缝自动排出。此机结构简单、使用方便、安全可靠，适用于家庭、餐馆、食堂及卖菜摊。 毛豆脱壳机二 此种毛豆剥壳机工作时，毛豆从工作台远离剥壳轧辊的的一端被人工均匀地铺平一层，在振动的作用下徐徐地向剥壳轧辊移动，井且在移动中形成队列，连续不断地进入到剥壳轧辊中，豆荚的一端受轧辊的挤压作用，外壳从轧辊喂入口的另一侧排出，被轧辊挤出的青毛豆籽粒和少量漏剥的豆荚从轧辊喂入一侧的出料口落到下方的清选筛中，经过振动筛选将青毛豆籽粒与漏剥的豆荚等杂质分离，加工出清洁的毛豆籽粒。由此可见，此机械可节省加工工序、提高生产效率。 由此可以预想到，这种毛豆剥壳机，加工出的豆籽干净清洁，可直接进行预冷、包装等加工，提高了毛豆的加工效率。 毕 业 设 计 开 题 报 告 指导教师意见： 赵波同学本学期的课题与机械设计制造及其自动化专业直接相关，所要求完成的任务符合本科教学要求，课题具有一定实际意义。 赵波同学针对“毛豆脱壳机械设计”课题，查阅了相关图书资料和网上资源。通过本阶段的学习，该同学对“毛豆脱壳机械设计”课题的国内外研究现状有了初步了解。以所学本专业课程为基础，结合一个月左右的文献检索，该同学对课题的研究意义进一步明确，已了解所要解决的主要问题，拟采用的设计方案或研究手段基本合理。 自开学以来，赵波同学能参加指导教师安排的集体辅导和个别辅导，遵守学校纪律。该同学具备了完成“毛豆脱壳机械设计”的基本知识，根据其近期表现，有希望完成本学期课题所要求的各项任务。 同意开题。 指导教师： 2016年3月 20日 所在系审查意见： 同意开题 系主任： 2016 年3月22日 毛豆脱壳机械设计 摘要：毛豆具有很高的营养价值，深受人们的喜爱，而且还能补充人体必需的蛋白质营养，是一种在各方面来说都很有价值的蔬菜食品。随着现如今国际机械化的高速发展，人工毛豆脱皮费时费力，大大阻碍了毛豆价值的发挥与农民收入的提高，毛豆脱壳机的研制正是在这一基础上提高毛豆脱壳率，增加人们直接食用洁净无污染的豆子而构想的。高效率的毛豆剥壳可以大大提高毛豆运输，包装，冷藏等等步骤的效益，大力推进农业的现代化发展。通过参考国内外各种主流脱壳机，研究其核心原理，革新其数据构造，来设计一种更加广泛适合我国基本国情的毛豆脱壳机。并对核心装置轴辊进行了新的设计，从而开发出一种更加高效的毛豆脱壳机。 关键词：毛豆脱壳机；高效；轧辊 Soybean hulling machine sheller Abstract：Soybean has very high nutritional value， deeply people’s affection and also essential protein nutrition is a in the beans are valuable vegetable food.With rapid development of nowadays international mechanization， artificial soybean peeling is time- consuming and laborious，greatly hindered the marketable value of play and the income of the farmers raise and development of soybean hulling machine is on the basis of the improved soybean hulling rate，increase food for people clean without pollution beans conceived.Efficient soybean hulling can greatly improve soybean transport， packaging， refrigeration and so on steps of benefits, and vigorously promote the agricultural modernization.By reference to the domestic and international mainstream sheller， it has to study its key principles， reformof the data structure to design a more suitable for China’ s basic national conditions of soybean sheller.And the core shaft roller device for a new design， to develop a more efficient soybean sheller. key word：Soybean sheller; Efficient; Roll I 目 录 摘要 Ⅰ Abstract Ⅱ 目录 Ⅲ 1引言 1 1.1课题提出的背景 1 1.2研究的意义 2 1.3国内外研究现状 2 1.4脱壳方式的发展 2 1.5提高毛豆脱壳机械能力 2 1.5.1提高毛豆脱壳机械的通用性和适应性 2 1.5.2提高毛豆机械去皮率，尽量减少豆子破损率 2 1.5.3向自动控制和自动化方向发展 3 1.6毛豆脱壳机械应用前景 3 2毛豆脱壳技术的研究分析 4 2.1毛豆脱壳技术 4 2.2毛豆脱壳机一 5 2.3毛豆脱壳机二 7 3毛豆脱壳机的主要构造及运行原理 9 方案一毛豆脱壳机 9 3.1毛豆脱壳机一 9 3.2剥壳原理 10 3.3轴的结构 12 3.4轴的校核 12 3.5剥壳辊的清洁 13 方案二专业毛豆脱壳机的结构 14 3.6毛豆脱壳机二 14 3.7.毛豆剥壳机的核心技术 15 3.8传动方案拟定 15 3.9电动机的选择 15 3.10毛豆脱壳机的主要部件设计 15 3.10.1带传动的设计 16 3.10.2轴的设计 20 3.10.3齿轮的设计 24 3.10.4震动工作台的设计 26 3.10.5机架的设计 28 3.10.6橡胶辊的选取 28 3.10.7键的选择 28 3.10.8剥壳辊的清洁 28 总 结 29 参 考 文 献 30 致 谢 32 1 1引言 1.1课题提出的背景 毛豆在日常生活中很受人们的喜爱，因为它具有很高的营养价值而且味道也很不错，毛豆的开发利用是全世界的一个新兴热门产业[1]。毛豆是生活中蛋白质的主要来源之一，尤其是在世界上，特殊考虑中国国情，蛋白质营养严重不足，大力发展毛豆等豆类产业的形势非常严峻。然而摄取毛豆蛋白质营养量不多，只有通过豆类产品，豆浆等一系列渠道，占25%的毛豆总产量，75%的大毛豆种子被用于石油提取，动物使用豆饼制品[2]。 东南亚国家自二十世纪八十年代之后，加大了毛豆蛋白的摄入量，被很多地区学习，当前在经济大国的毛豆需要量每一年以20%的速率增长，毛豆的生产食用需求每年以15%的速率递加，在广东，浙江各个省市，毛豆工业已经成为了发展的重重之重。特别是在经济发达地区的毛豆食用比例明显增加，并逐步扩大到全国，大豆作为保健食品出现在餐桌上。 去除毛豆外壳是最复杂也是最费时费力的工序[6]。生产者和食用者最大的不便是费时费力的人工剥壳。毛豆机械化加工成长的最大阻碍就是技术不完善，机器功效不强。 国内外市场的供应被大大的满足的原因是很多地方的毛豆已经采用机械化处理，剥离出豆子，通过清洗，包装 和运输，市场需求得到了满足从而农民的收入大大提高，由此毛豆的经济价值也大大提高。 中国农作物种植在世界前列，其占相当大比例的是壳果作物大豆，其所含重要的食用油、蛋白质在国家粮食安全中占有重要地位，毛豆脱皮率直接影响着毛豆产业价值和农民的实际收益，现代食品营养产业的发展的重要保障的一部分责任已经放在了毛豆去皮率的肩上.普通的毛豆去皮方式是用人为使用双手去掉毛豆外皮但是这样会使刚剥出的干净豆粒受到污染，而且效率不高也不卫生，不健康。大多数含有外壳的果实和蔬菜都要进行脱壳。去皮率的高低直接决定毛豆的经济价值和农民的经济收入[4]。因为植物皮壳的差异性、本身性质有很大的差别，从而选取合适的脱壳方式和脱壳装备，抬高脱壳率和下降子粒碎裂率就变得非常重要。面对毛豆生产时令性强，收获时令聚集上市[3]。市场上，为了延长保存时间，延长销售季节，降低劳动强度，因此毛豆脱壳机研究已成为农业机械的一个重要组成部分。 1.2研究的意义 表面剖析和试验结果诠释，豆壳韧豆籽脆是影响毛豆托克最主要的原因，子粒容易损坏，致使剥壳效率低。 实践中毛豆脱皮装置和人工相比同一时间内能剥毛豆150kg，而人为剥壳至多3kg。从这里可以看出机械比人力提高了50倍的功效[5]。但现在的技术水平远远不能满足当今日益发展的毛豆加工需求。为了实现对毛豆的大量加工。需要技术加工更高的一体化加工技术和生产线。 1.3国内外研究现状 中国加入WTO以来，关于毛豆脱皮机的开发和应用慢慢增加[7][24].在考量研究了现有的大豆脱皮机的优点和缺点，规划其在未来的发展势头。对去皮机在机器出产和实践中的经验教训举行归纳，提高机械功能效益，这样才能有良好的发展潜力。 （Cooperative Institutinal Research Program协作机构研究规划 ） CIRP 编年史一制造技术 物理上一种仿真模型纯钛合金正交切削的分段芯片的形成 关键词： 加工 造型 分段芯片 切削模拟的精度取决于微观物理的知识，包括在切削过程的本体和微观组织演化模型。本文提出了一种增强的物理材料模型，表现了微观结构演变引起的流动软化在临界晶粒尺寸下的逆霍尔取效应。这个模型能通过有限元模拟和实验评价模拟分段芯片的正交切削中剪切带的形成与晶粒细化钛。结果显示良好的预测切割和推力，切屑形态和分割频率的精度。 1简介 一个分段芯片通常是在切削材料中，具有低的热导率（例如钛及其合金）。低导热系数产生的热积累在主剪切带，这会导致局部软化，剪切定位和芯片分割。这反过来又会导致不希望的振荡，多余的切削力和相关的振动，这回抑制刀具寿命和降低量产加工特征的表面质量和尺寸精度。分段芯片的形成已被模拟的几个 采用不同的建模方法，以及记录在最近的主题论文[ 2 ] CIRP研究。基于剪切带中的空隙和裂缝观测，乌尔曼等人。[ 3 ]模拟分段切屑形成的韧性模型中的断裂机制。华和希沃布里[ 4 ]用基于能量的韧性断裂准则模拟分段切屑在切割ti-gal-4v形成。最近，calamaz等人。[ 5 ]提出了一个现象学对流行的约翰逊库克流动应力模型模拟切割ti-gal-4v芯片分割现象的修改。奥斯并对这一模型进行了进一步的细化。 [6 7]他的同事研究不同的应用。路路达和umbrello [8]使用一种类似的流动应力模型随着晶粒尺寸和硬度变化的演化方程由于动态再结晶的微观结构变化预测（DRX）在干燥和低温加工ti-gal-4v 。calamaz等人[ 5 ]还指出，应变软化可以归结为由动态恢复引起的微观结构的变化（DRV）和动态再结晶过程的主动在严重的塑性变形。丁和shin[9]提出了一种基于物理的材料模型利用位错密度作为唯一的影响因素内部状态变量。然而，他们只是模拟连续芯片的形成与模型。 在台湾的论文，最近开发出基于物理概念的模型[ 10 ]，这是出于克服对移动位错的相互作用的力学与微观结构的障碍，通过将一个额外的变形机制，允许扩展在工业纯钛切削分段芯片形成准确的模拟（CP-Ti）。具体而言，为了描述超细晶粒的材料行为是纯钛切削过程中剪切带中形成的，模型中引入了反Hall-Petch效应（ihpe），通常归因于晶界滑动[ 11 ]，这是材料一种临界晶粒尺寸下的流软化模型。这使材料低于临界晶粒尺寸。该模型是作为一个用户定义的子程序在一个基于有限元的加工仿真软件AdvantEdge实施（第三波系统，美国）和模拟cp-ti。正交切削试验，以确定切削力和芯片特性，以仿真结果来评估性能的增强的模型。 2。基于物理的本构模型 一部分简要总结了以前开发的本构模型[ 10 ]的关键环节，这与连续的切屑形成的模拟交易，并讨论了ihpe模型增强。热激活理论[ 12 ]，一个金属的流动强度进行塑性变形的制定.对于热应力的叠加错位的热应力 如下 的幅度的大小，取决于移动位错与短距离的障碍，如晶格摩擦和溶质原子的相互作用的强度。这部分是仿照使用Mecking和KOCKS【13 ]提出了如下的公式： 其中，k是玻尔兹曼常数，T是绝对温度，G0是归一化的活化能在0k，是温度依赖的剪切模量，b是汉堡的幅度向量，是一个参考应变率，分析所需的压力克服短距离障碍在0k，p和q是定义与短距离相关的能量障碍的形状障碍的参数 无热应力应力之和的代表，所需克服的阻力位错运动由晶界提供 Pq的强度与参数有关，P和G是移动位错晶界强度相关参数和位错林相互作用 2种变量的位错密度的内部状态。P，是平均晶粒尺寸，D的演化与变形 在晶界的贡献来看，Q在式（3），参数G等于一个常数C，这在变形机制在传统Hall-Petch效应是积极的是独立的晶粒尺寸。临界晶粒尺寸小于（D），它是温度的函数，该ihpe是许多金属伴随着减少流动应力随晶粒尺寸的变化（图1）。为了捕捉到这个软化，用唯象方程建模： D和V是温度依赖性形式的参数如表格2，对于这种组合D和V，得到D 在 ，室温为10nm，这是根据协议与价值的报道中的各种金属而决定的[ 14 }。 图中传统的Hall-Petch效应 反Hall-Petch效应 进化（Refinement）的晶粒尺寸，D，由于连续动态再结晶；这发生在严重的塑性变形钛[ 15 ]， 模型如下 ￡一和B是温度和应变率相关的参数，D }d是最初的晶粒尺寸和df是最终的结晶晶粒尺寸定义为Zener-Hollomon参数的函数 Cz M是材料相关的参数。在这一术语中，代表了位错林的贡献p，位错密度的演化模型如下 PHA是由于滑移引起的位错密度硬化和动态恢复过程（但在没有DRX）和由封闭的形式表达： P0是初始的位错密度，A和B是硬化和动态恢复参数。PA在完全再结晶的相应的位错密度晶粒结构。随着塑性应变的增加，位错消耗在动态再结晶形成新的细胞/晶界过程[ 16}，这是仿照（7）式。 在高应变率变形是受粘性阻力影响，阻碍了运动位错[ 17 ]。因此，流动的位错阻力分量应力为蓝本如下[ 10 }： D是位错（粘性）阻力系数 3模型的校准 从文学和/或从材料中使用的12被称为纯钛材料参数和常数 实验，在表1中列出，其余十一个自由参数，这是不可用的在文献中，校准使用在[ 18 }和表2中给出的可用数据。 已知的材料参数和常数CP Ti 参数 价值属性 出自裁定 校准模型参数CP Ti 4实验 正交管切割实验在一个哈丁t-42 SP数控车床进行的采用工业纯钛 （2级）一个接收显微结构等轴α相晶粒平均直径的40微米为保证平面应变条件下，管壁厚度仅限于2毫米。 要探索一个宽范围的应变和应变率，三个提供t= 0.1，0.2，0.3毫米）和五个切削速度（V }。= 20，80，100，140，180米/分钟）使用。每个测试条件被重复两次。此外，每个测试使用0°前角工具和一个新的涂层的钨硬质合金刀片（ennametal tcmw3251，一个锋利的切削刃（10 微米。无切削液使用。切削力，f 推力、FT、测定使用压电测力仪（我的<模型9257B）。切屑在环氧树脂中冷装在一个0.05 微米中完成。用1 mL氢氟酸的混合物酸（HF，40%），2毫升硝酸（硝酸，40 }）和247 mL去离子水，用于蚀刻和显示芯片的微观结构。 5有限元模型 为了模拟正交切削，二维有限元模型内置advantedgetm（第三波系统，美国），一个基于物理的机械加工仿真代码。增强本物理模型，介绍了在软件中实现的用户通过—在FORTRAN编码定义屈服面常规。接触工具/芯片接口的条件为蓝本使用库仑摩擦定律。摩擦系数的平均 贝塔，在每个模拟工具/芯片接口（表3）是从测得f和FT和方程计算 图3 模拟中使用的摩擦系数 6结果 在图2模拟f和FT与实验结果进行了比较 测量f和FT随V }减少在图2。平均和变异的实验（EXP）和模拟（SIM） 切割和推力不同切削条件下 PICTURE 3 图3。平均和变异的实验（EXP）和平均模拟（SIM）峰（s1）和山谷（s2）不同切削加工的切屑厚度条件。说明：由于在芯片几何，平均估计和不规则平均使用方法计算了s1和s2估计方差适用于10-15数据分片 模拟结果显示了类似的趋势 5%预测错误 10-20的错误在f在英尺的误差更高是应为是由于简单的库仑摩擦模型的使用在有限元模型中的刀具磨损的情况下，这总是在切削钛。 分段芯片 模拟峰值（S1）、谷（S2）厚度的RU TU 4 与测量结果图3相比请注意，只有充分形成剪切带被包含才可测量。 一般情况下，测得的芯片厚度的增加vc而减小tu模拟值显示了类似的趋势，但往往高估厚度，特别是S2对于大多数的切削条件原因是缺乏韧性断裂机制的验证经常可以在自由表面观察到裂缝模型在剪切带附近的芯片（见图1））详细的 芯片形态的比较如图4所示段芯片的被模拟捕获图4。测量和模拟芯片形状的比较 图5对比实验（EXP）和模拟（SIM）芯片分割频率） 图5显示了实验和模拟的比较芯片分割频率计算从平均峰值—峰值距离和切割速度。仿真结果捕捉测得的趋势，这表明分割频率增加几乎呈线性关系。和随 vc增加T 为了评估模型的能力，定性模型预测的微观结构中的机械加工芯片，四个具体 在芯片中的位置，标记为A-D图1（1），被选中。A位置一个位于远离剪切带，B是在边界，C是内部的剪切带，D在尖端的剪切带。晶粒尺寸与位错的对应分布密度在四个位置如图克（B和C）。 TU 6在实际的芯片微结构光学显微剪切带区域模拟（b）和（c）晶粒位错密度分布位置标记a-d晶粒尺寸 位错密度 位置a上（见图（6）），晶粒细化小。这个图（b）的模拟也显示了一个较小的细化晶粒尺寸在一个在这一地区的较低的塑性应变（见图4）。然而，该应变足以引起位错密度的增加与初始值相比（见图））。 在位置（图克（图））的一些精少量的晶粒结构表明在这里发生足够大的塑性变形。图中相应的模拟（乙）也表示了更多该地区的细化晶粒尺寸。 内部的剪切带（位置），模拟产生的超细晶粒（图G（B））由于动态再结晶和ihpe模型中的机制。预测平均晶粒尺寸为50-70纳米的剪切带区域。在高温下的剪切带，超细晶粒产生的逆霍尔—佩奇效应，导致材料软化。此外，较低的位错密度（相比，a和b）预测的剪切带（图）（图），与超细晶粒一致图（b）。剪切下位错密度的降低可以由位错湮灭/使用说明—过程活跃在DRX，与已知的一致DRX [ 1 6}。 注意小韧性裂纹位置D如图6中常看到。由于材料强度的损失，由于延性模型中不包括骨折，模拟无法复制这种观察。 7结论 本文提出了一种增强的基于物理的本构分段切屑形成的数学模型工业纯钛（CP Ti）。模型结合反Hall-Petch效应（ihpe）描述软化效应细晶结构在剪切带内的物质流动强度。流动强度是一个晶粒尺寸位错密度随变形而变化的函数。为了验证仿真结果，正交实验进行了一系列的材料和不同速度。模型模拟产生合理准确的预测切割力（＜5 }错误），推力（10-20 }错误），分割频率和芯片形态。此外，该模型能够模拟晶粒尺寸和位错的空间分布密度，这被证明是在良好的定性协议所观察到的芯片微结构。未来的工作将集中于在模型中加入韧性断裂机制来捕捉裂纹剪切带区域的形成。