任靜

摘 要：延長刨邊機(jī)銅螺母的使用壽命對(duì)提高生產(chǎn)效率和降低生產(chǎn)成本具有十分重要的意義。利用Simulation軟件對(duì)刨邊機(jī)銅螺母的受力情況進(jìn)行了分析。根據(jù)受力分析結(jié)果，提出了延長銅螺母使用壽命的措施，分別為改變螺紋要素，改善熱處理或改變材料，改善潤滑條件。

關(guān)鍵詞：刨邊機(jī)；銅螺母；Simulation軟件；絲杠螺母副

中圖分類號(hào)：TG439.9 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.12.092

刨邊機(jī)是焊管線上重要的輔助設(shè)備，其作用是提升后續(xù)內(nèi)焊、外焊的質(zhì)量和穩(wěn)定性，在鋼板兩邊加工出一定角度和大小的坡口。與銑邊機(jī)相比，刨邊機(jī)具有切削量大、切削效率高和坡口角度好等優(yōu)點(diǎn)，能夠保證鋼板符合所需焊管的生產(chǎn)技術(shù)要求。目前，刨邊機(jī)被廣泛應(yīng)用于國內(nèi)多家焊管廠的直縫焊管和螺旋焊管機(jī)組上。

刨邊機(jī)屬于機(jī)床金屬加工的刨削領(lǐng)域，由固定座、活動(dòng)座、輸送機(jī)構(gòu)、對(duì)中機(jī)構(gòu)、氣動(dòng)壓板機(jī)構(gòu)、絲桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和刀座機(jī)構(gòu)組成。其主運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)為絲桿螺母機(jī)構(gòu)，可使刀座機(jī)構(gòu)橫向移動(dòng)，刀具切削鋼板兩邊，形成鈍邊。絲桿螺母機(jī)構(gòu)在機(jī)械成型驅(qū)動(dòng)中有其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)——大大簡化了傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，而且傳動(dòng)平穩(wěn)，可以傳遞較大的軸向力，傳動(dòng)效率較高，常用于承受重載及較大的沖擊載荷，因而在重載設(shè)備中占據(jù)著重要的地位。在實(shí)際生產(chǎn)中，刨邊機(jī)的銅螺母易磨損失效，進(jìn)而影響生產(chǎn)進(jìn)度，增加生產(chǎn)成本，給企業(yè)帶來一定的經(jīng)濟(jì)損失。因此，研究螺旋副的受力情況及磨損情況，對(duì)延長螺旋副的使用壽命，降低企業(yè)的成本具有重要意義。本文主要從銅螺母的受力狀況、材料力學(xué)性能和使用環(huán)境等方面進(jìn)行分析，為進(jìn)一步研究提供一定的理論基礎(chǔ)。

1 銅螺母的材料

本廠銅螺母的鑄造材料為鋁黃銅，牌號(hào)為ZHAL66-6-3-2。鋁黃銅合金用工業(yè)純金屬Al、Fe、Ni、Mn、Cu和其他添加劑熔制而成，再用鑄鐵金屬型鑄造成螺母。螺母副的材料為ZHAL66-6-3-2，絲桿的材料為40Cr，潤滑條件為普通液壓油。

2 Simulation分析工具

Simulation是Solidworks集成的一個(gè)有限元分析系統(tǒng)。它提供了各種解決方案，能夠?qū)α慵M(jìn)行應(yīng)力分析、頻率分析、扭曲分析、熱分析和優(yōu)化分析等。借助功能強(qiáng)大、快速的求解器，Simulation軟件能夠通過計(jì)算機(jī)模擬零件在實(shí)際生產(chǎn)中的工作狀況，分析其薄弱位置和受力位置，從而簡單、高效地改進(jìn)設(shè)計(jì)。

3 絲桿-銅螺母?jìng)鲃?dòng)受力分析

在刨邊機(jī)的工作過程中，螺母和絲桿傳動(dòng)是通過螺紋嚙合實(shí)現(xiàn)的，大部分載荷由螺紋嚙合承擔(dān)。螺母和絲桿的變形是極不協(xié)調(diào)的，導(dǎo)致載荷沿螺紋線方向分布不均勻和應(yīng)力集中的情況出現(xiàn)，造成螺紋表面磨損加重，影響傳動(dòng)的精度，引起螺紋螺牙斷裂，進(jìn)而縮短銅螺母的使用壽命。

根據(jù)零件的實(shí)際尺寸，通過Solidworks軟件繪制銅螺母的基本結(jié)構(gòu)。啟動(dòng)Simulation分析軟件，根據(jù)實(shí)際應(yīng)用工況進(jìn)行接觸分析。銅螺母上的兩個(gè)鍵槽與鍵相互配合。這兩個(gè)鍵槽承受切削工作時(shí)的橫向切削力。在實(shí)際生產(chǎn)中，鋼板兩邊常切削45°、4 mm寬的鈍邊。根據(jù)切削力公式的計(jì)算結(jié)果，兩個(gè)鍵槽需承受26 400 N的切削力。設(shè)置外部載荷的大小，劃分銅螺母的網(wǎng)格，分析結(jié)果如圖1所示。

如圖1所示，銅螺母的主要受力部位為銅螺母安裝面，兩個(gè)鍵槽對(duì)應(yīng)的部位主要承受切削時(shí)的切削力。整個(gè)銅螺母出現(xiàn)扭曲狀況，實(shí)際受力不均，銅螺母局部磨損失效，從而擴(kuò)散到其他部位。這與實(shí)際生產(chǎn)過程中銅螺母的磨損失效狀況相同。這兩處在長期受力的情況下，首先產(chǎn)生疲勞裂紋，然后逐漸沿環(huán)向內(nèi)壁擴(kuò)展，最后裂透，造成磨損失效。此外，實(shí)際工作中常伴有沖擊，這就加劇了銅螺母的磨損，導(dǎo)致螺母失效。

筆者認(rèn)為，在條件許可的情況下，可以采取以下兩種措施：①改善熱處理或改變材料。通過改善熱處理或改變銅螺母的材料來延長銅螺母的使用壽命，降低使用成本，或在不影響其使用壽命的情況下選用較為便宜的材料。更換銅螺母所用的耐磨性材料，不需要更改絲桿螺母的外形設(shè)計(jì)則可延長銅螺母的使用壽命。這是一種便捷的改造方法。②改善潤滑條件。當(dāng)絲桿螺母副工作時(shí)，由于銅螺母表面相對(duì)較軟，容易被劃傷產(chǎn)生磨粒，導(dǎo)致磨粒磨損。磨粒容易落入螺旋副中，螺牙極易遭到破壞，牙厚減薄，容易因強(qiáng)度不足而折斷，使螺母失效。為了減輕或防止咬合磨損和磨粒磨損，應(yīng)選擇合適的潤滑油或加入抗磨的添加劑，從而有效提高銅螺母的抗磨性能。

4 結(jié)論

本文運(yùn)用Simulation軟件對(duì)刨邊機(jī)的銅螺母進(jìn)行了接觸分析，研究了銅螺母的受力狀況。經(jīng)過有限元軟件Simulation計(jì)算后，得出了銅螺母載荷的軸向分布。由分析結(jié)果可知，銅螺母的主要受力部位為銅螺母的安裝面和兩個(gè)鍵槽對(duì)應(yīng)的位置。這與實(shí)際生產(chǎn)過程中銅螺母失效狀況相同，證明本文的分析結(jié)果具有一定的參考意義。

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〔編輯：劉曉芳〕