直缝焊管应用领域日渐扩展,而对其质量要求愈发提高。内毛刺清除装置作为提高直缝焊管内表面质量的关键设备也逐渐受到生产企业的重视。本文旨在提高中口径高频直缝焊管内毛刺的刮削质量,并基于悬臂式刀杆提出内毛刺清除装置以改善直缝焊管内毛刺刮削质量,涉及设计需求分析、结构设计及有限元仿真等,主要研究内容如下:(1)基于高频直缝焊管的特征、材料的特性和工作环境等设计需求,对内毛刺清除装置进行解构,再使用功能原理法分析各模块的功能,确定各功能模块的基本结构,进而完成内毛刺清除装置的组合模式、驱动方式和整体方案。(2)根据内毛刺清除装置的工作原理和功能要求,对内毛刺清除装置的各个功能模块进行结构设计;通过三维建模软件Creo建立内毛刺清除装置的三维模型,并选用满足设计要求的构型和外购件;抽象内毛刺清除装置的力学模型,分析多种工况下内毛刺清除装置关键性零部件的受力状态。(3)根据内毛刺清除装置刀杆的结构特征,抽象出内毛刺刀杆的数学模型;结合多自由度刚体的振动方程,求解内毛刺刀杆的质量矩阵、刚度矩阵和阻尼矩阵,进而建立内毛刺刀杆的动力学模型;由金属切削理论和内毛刺刮削特点对内毛刺刮削过程中的切削力进行理论值的估算;借助三维软件建立直缝焊管和刮削刀具模型,并采用有限元分析软件DEFORM-3D对其刮削过程进行仿真。(4)应用有限元分析软件ANSYS Workbench建立内毛刺清除装置在不同工况下的有限元模型,分别对内毛刺清除装置的关键性零部件进行静力学分析,校核其强度和刚度以满足设计需求,并对内毛刺刀杆的动态特性进行分析,避免刮削过程中发生过大的振动。