轴类零件校直工艺的实验研究

　　0　引　　言

　　自动校直技术主要用来校直轴、管、棒等类零件机械加工或热处理过程中产生的弯曲变形,以提高机械传动精度,减少振动和噪音。这一研究项目应用前景十分广阔而且急需解决其工程应用问题,尤其在汽车行业,已成为提高汽车质量的关键工艺设备之一。该项技术已被列为国家自然科学基金资助项目。目前,国际上只有少数几个发达国家具有高精度自动校直机的设计生产能力,在国内还处于初始研究阶段。国内外关于轴类零件单点压力矫直设计的文献所见甚少,关于单点压力校直工艺的研究文献尚未见到。近几年来,合肥工业大学在设计手动压力校直机的基础上,对全自动校直技术进行了比较广泛、深入的研究,建立了轴类零件校直的力学模型,在校直理论和计算中首次引入了有限元法^[2、3],实践表明:这些理论和计算公式对初始挠度较小的轴具有一定的精度,对初始挠度较大的轴则有相当的误差^[2],而且有限元法需占有相当的运算空间和时间^[3],尚不能满足高精度、高生产率的工艺要求,因而需要立足实用,在校直工艺方面做出进一步的研究和探讨。

　　本文从应用的角度探讨这一问题,依据大量的实验研究和数值计算,分析了轴类零件单点压力校直设计理论和计算公式存在实用误差可能的几种原因,总结出弹复量的非线性曲线,结合实验中轴类零件的金属力学性能,提出了符合高精度、高生产率要求的校直工艺步骤,实验结果精确实用。

　　1　校直工艺理论和计算公式

　　现有轴类零件校直理论的力学模型采用如图1的简支梁受集中载荷的模型,并作出如下假设:(1)弯曲变形满足平截面假设。(2)满足简单加载定理。(3)零件为线性强化材料。(4)满足单一曲线假设。(5)满足简单卸载定理,即卸载完全符合线性规律。对于光轴,应用弹塑性理论可得任一截面上弯曲力矩M和变形曲率K的关系为^[1]:

　　式中,无量纲量M-=M/M_W,K-=K/K_W,M_w为截面弹性极限弯曲力矩,K_W为截面的弹性极限变形曲率,M_W=EIKW,K_W= 2ε_S/h,其中I为截面的转动惯量,h为截面的高度,E为材料的杨氏弹性模量,E₁为材料的强化系数。

　　利用假设(4)即假设零件卸载完全符合弹性规律,则弹复曲率

　　代入公式(1),可求出一定的初始挠度Ko时所需的校直弯距M的值。

　　2　轴类零件校直工艺的实验研究

　　上述理论和公式在实用中误差较大,本文依据大量实验和理论分析提出其误差可能主要来自以下几个方面: