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 矯直變形過程的分析

從零件受壓開始到去除壓力結(jié)束，由材料力學(xué)理論，整個(gè)矯直過程分為三個(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)到原來的形狀。

第二階段，塑性變形階段。即當(dāng)應(yīng)力超過彈性極限時(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)被保留下來一部分。

第三階段，外力撤除后的變形回彈價(jià)段。

變形過程如圖5所示，S1點(diǎn)為零件彎曲量最大的點(diǎn)，也是開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^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頁表1-7.

TG356.25 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B