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        長(zhǎng)管零件熱處理后彎曲的矯直

        2010-09-15 10:52:18程延軍
        鑿巖機(jī)械氣動(dòng)工具 2010年4期
        關(guān)鍵詞:輔具液壓機(jī)桿件

        程延軍

        (天水風(fēng)動(dòng)機(jī)械有限責(zé)任公司 技術(shù)中心,甘肅 天水 741020)

        長(zhǎng)管零件熱處理后彎曲的矯直

        程延軍

        (天水風(fēng)動(dòng)機(jī)械有限責(zé)任公司 技術(shù)中心,甘肅 天水 741020)

        長(zhǎng)管零件在熱處理后產(chǎn)生彎曲,文中分析了長(zhǎng)管零件產(chǎn)生彎曲的原因,介紹了在彎曲矯直兩用液壓機(jī)上進(jìn)行矯直的具體方法及步驟。

        彎曲矯直;矯直方式;矯直分析

        1 引言

        我公司有一長(zhǎng)管形的零件,長(zhǎng)度為790 mm,外徑 φ98mm,內(nèi)徑最小 φ80,如圖 1所示。

        該零件材料為42CrMo,熱處理硬度HRC48-53。零件長(zhǎng)790 mm,兩端內(nèi)孔對(duì)中間孔的同軸度要在φ0.025 mm內(nèi),中部最小孔徑處的圓柱度在0.035 mm內(nèi),表面粗糙度要求為Ra=0.8 μm。精度要求較高,零件在熱處理后要進(jìn)行磨削加工。

        考慮到變形量及加工設(shè)備等因素,在機(jī)加后預(yù)留的直徑方向的磨削余量是0.6 mm,但是在熱處理后我們實(shí)測(cè)到的彎曲變形量在直徑方向超差達(dá)到0.6~2.2 mm,大大超出了磨削余量,無(wú)法進(jìn)行磨削加工,必須對(duì)工件進(jìn)行矯直。

        為確定熱處理后實(shí)際硬度值,我們對(duì)零件硬度作抽樣檢測(cè),硬度在HRC49左右。在零件硬度為HRC49條件下,查得對(duì)應(yīng)的強(qiáng)度極限σb為1649MPa[1]。零件強(qiáng)度高,硬度大。

        要矯直工件,須確定矯直方式、矯直輔具、矯直設(shè)備、不同零件的彎曲量、加壓壓力、產(chǎn)生的撓度、材料的彈性極限、強(qiáng)度極限等。

        2 矯直方法

        2.1 矯直方式及矯直輔具確定

        對(duì)管件熱處理后產(chǎn)生的變形,經(jīng)檢測(cè)表明,管件變形最大處基本在管體中部產(chǎn)生。在分析管件矯直的原理時(shí),確定采用靜載荷集中受力的簡(jiǎn)支梁約束結(jié)構(gòu)形式,受力簡(jiǎn)圖如圖2所示。

        圖1

        圖2

        依據(jù)受力簡(jiǎn)圖,我們?cè)O(shè)計(jì)了矯直輔具,零件的外徑兩端用兩個(gè)V形塊支撐,中間用一個(gè)上V形壓塊下壓。安裝簡(jiǎn)圖及矯直輔具如圖3、圖4所示。

        圖3

        2.2 設(shè)備選擇

        考慮零件較長(zhǎng),強(qiáng)度高,所選設(shè)備工作臺(tái)的大小要便于擺放零件、矯直輔具及相關(guān)測(cè)量工具等物品。結(jié)合我公司現(xiàn)有設(shè)備,選擇Y41-160T型彎曲矯直兩用液壓機(jī)做為矯直設(shè)備。

        圖4

        2.3 矯直變形過(guò)程的分析

        從零件受壓開(kāi)始到去除壓力結(jié)束,由材料力學(xué)理論,整個(gè)矯直過(guò)程分為三個(gè)變形階段:

        第一階段,彈性變形,在該變形階段,當(dāng)加載的壓力消除后,零件能完全恢復(fù)到原來(lái)的形狀。

        第二階段,塑性變形階段。即當(dāng)應(yīng)力超過(guò)彈性極限時(shí),零件將產(chǎn)生塑性變形,此變形不能完全恢復(fù)。因此當(dāng)外力消除后在該階段產(chǎn)生的變形會(huì)被保留下來(lái)一部分。

        第三階段,外力撤除后的變形回彈價(jià)段。

        變形過(guò)程如圖5所示,S1點(diǎn)為零件彎曲量最大的點(diǎn),也是開(kāi)始施加壓力的受力點(diǎn),從S1到S3是零件總的變形量,包括彈性變形和塑性變形,從S3到S2是恢復(fù)量也即彈性變形量,從S1到S2是零件的永久變形量,即塑性變形量。從圖中可以看出,矯直的關(guān)鍵是確定受力后產(chǎn)生的撓度,也就是根據(jù)不同的變形量確定加多大的壓力。

        圖5

        2.4 施加壓力的初步確定

        根據(jù)矯直形式,利用簡(jiǎn)支梁撓度計(jì)算公式[2]

        式中fmax——零件熱處理后的變形量,mm

        P——施加的壓力,N

        L——兩支塊之間距離490,mm

        E——彈性模數(shù),MPa

        J——截面軸慣性矩,mm4

        D——零件外徑

        d——零件內(nèi)徑

        將D=98,d=80代入軸慣性矩公式,得

        實(shí)測(cè)零件熱處理后在直徑方向的彎曲變形量為 0.6~2.2 mm,查表得 E=2.1×105MPa[3],分別取 0.6、0.9、1.2、1.8、2.0、2.2 mm 代入公式,求出施加的壓力并根據(jù)液壓機(jī)油缸活塞直徑確定出液壓機(jī)壓力表工作壓力(見(jiàn)表2)。

        表2

        由表2看出,隨著壓力的增加,變形量隨之增大。我們?cè)诔^(guò)7.7 MPa的壓力下對(duì)桿件做多次矯直試驗(yàn),確定矯直液壓機(jī)最大工作壓力為17MPa時(shí),能完成桿件的矯直。

        3 實(shí)際應(yīng)用及效果

        將矯直液壓機(jī)最大工作壓力設(shè)定為17MPa對(duì)桿件進(jìn)行彎曲矯直的操作過(guò)程如下:

        (一)準(zhǔn)備工作

        (1)對(duì)待矯直桿件進(jìn)行清潔處理,去除油污、黑皮等。

        (2)將待矯直桿件按技術(shù)要求檢測(cè)出變形量,做好記錄并對(duì)變形最大處做好標(biāo)記。

        (3)對(duì)矯直液壓機(jī)進(jìn)行安全檢查,清理干凈液壓機(jī)工作臺(tái)。

        (4)在矯直液壓機(jī)工作臺(tái)上安裝好矯直輔具,準(zhǔn)備好檢測(cè)儀器,如百分表等工具。

        (二)矯直操作

        (1)將待矯直桿件放入矯直輔具,轉(zhuǎn)動(dòng)桿件將做好標(biāo)記的變形最大處向上。注意將桿件兩端放平、墊穩(wěn)。

        (2)將液壓機(jī)最大工作壓力調(diào)定在17MPa。

        (3)平穩(wěn)加壓進(jìn)行矯直,不允許有沖擊。

        (4)桿件向下產(chǎn)生彎曲變形后(下行刻度顯示為4~8mm)壓力不再增加,保持1分鐘。

        (5)去除壓力并提起上V形壓塊。取出桿件。

        (三)檢查矯直桿件

        對(duì)矯直后的桿件進(jìn)行檢查,對(duì)直徑方向變形量仍大于0.40mm的桿件重新進(jìn)行矯直。

        經(jīng)過(guò)矯直后的桿件在直徑方向的變形量控制在0.20~0.40mm范圍內(nèi),保證了后續(xù)的磨削加工要求。

        [1]GB/T1172-1999,黑色金屬硬度及強(qiáng)度換算值,表一[S].

        [2]張秉榮,章劍青.工程力學(xué)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1996.239.

        [3]機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)聯(lián)合編寫(xiě)組.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)(上冊(cè)),第一分冊(cè)(第二版)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,1987.第4頁(yè)表1-7.

        TG356.25 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B

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