CN104475496A - 一种粗轴类零件的校直方法及设备 - Google Patents

Abstract

一种粗轴类零件的校直方法及设备，该方法主要是在粗轴类零件校直过程中，采用卡头对被校直轴施加轴向载荷力，在卡头夹紧过程中被夹持端的弯曲变形被校直；在轴向载荷力的作用下，通过液压缸对分瓣反弯校直模具施加校直载荷力，使轴身的弯曲变形在轴向载荷力和校直载荷力共同作用下校直。本发明所采用的张力反弯校直方法及设备，减小了弯曲校直后的回弹量，降低了反弯校直所需校直力，减少了校直设备弯曲检测系统和校直位移分析计算控制系统，可以实现轴身多个弯曲变形的一次校直，工艺过程简单，校直效率高；适合于火车轴、汽车传动轴等阶梯和光杆粗轴类零件的冷、热校直工艺。

Description

一种粗轴类零件的校直方法及设备

技术领域

本发明涉及一种粗轴类零件锻后或热处理后校直方法及设备，特别是用于火车轴、汽车传动轴等阶梯和光杆粗轴类零件的冷、热校直方法及设备。

背景技术

轴是支撑其他转动零部件，传递扭矩的重要机械零件。它的制造精度直接影响机械运动的平稳性。轴类零件在锻后和热处理后均会产生弯曲变形，弯曲变形导致后续加工量大，浪费材料。为了减小轴类零件锻后和热处理后的弯曲变形，通常增加校直工艺。根据材质和变形特征常用的校直工艺有延展法、伸张法和三点弯曲法。延展法常用于校平平板类零件，伸张法主要用于各种型材、线材的校直，三点弯曲主要应用于管、棒和轴类零件的校直。

对于粗轴类零件通常采用三点弯曲工艺进行校直，校直前先通过检测装置测量轴的弯曲变形量，确定支点和压头位置，确定压头压下量。整个校直工艺过程复杂，生产效率低，校直变形回弹大。

现有轴类零件的校直设备基本上依据三点弯曲工艺。校直设备通常包括弯曲检测装置，校直装置，校直控制平台和传动装置等。校直精度取决于检测装置的检测精度和校直控制系统的控制精度。

发明内容

本发明的目的在于提供了一种工艺过程简单、校直回弹量小、校直效率高的一种粗轴类零件的校直方法及设备。本发明主要是采用张力反弯校直方法，并基于该方法设计出一种张力反弯校直设备。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明的校直设备主要包括机架、夹紧机构、旋转定位机构、校直机构和液压及控制系统。其中机架主要包括底座、支架、导轨。底座通过地脚螺栓固定在地面上，导轨铺设在底座上表面的两侧，两侧支架通过导轨安装在底座上，两侧支架与夹紧机构连接。夹紧机构主要包括环形油缸、卡头和活动楔块，分别固定在位于导轨上的两侧支架上。卡头为内设空腔的圆柱体，在该圆柱体上设有与导轨对应的锥形通孔且两卡头的小直径孔相对安装，两卡头周面上设有轴向相对的外凸支耳。在该卡头的锥形空腔内设有外侧为与其对应的斜面、内侧有与被校直工件端部轴肩对应的活动楔块，该活动楔块通过铰链与环形油缸活塞外端相连。该活动楔块根据待校直轴夹持端的形状仅直径不同进行更换，该环形油缸活塞内端位于环形油缸的无杆环形槽内。该环形槽侧壁位于开口和底部两侧分别设进、出油孔。该环形油缸通过法兰分别固定在与之相应的卡头上。旋转定位机构主要包括有：液压顶尖、旋转机构和弹簧。在上述环形油缸的中心槽孔内设有液压顶尖，其中部有一个与中心槽孔截面对应的滑块，滑块一个端面上垂直固定一根与其同轴的顶柱，该顶柱的端顶设有顶针，在该顶柱外面套有弹簧，在中心槽孔开口上设有弹簧压盖；滑块另一个端面与连杆一端相连，该连杆穿过槽底中心通孔位于环形油缸外的另一端与旋转机构相连，另在槽底中心还设与进出油管相连的进出油口。在两卡头之间设有校直模具机构，其主要包括有：校直模具、连杆、液压缸A和液压缸B。液压缸A分别与两侧卡头外凸支耳相连，校直模具为以轴线为对称的两个分瓣反弯校直模具，模具型腔为圆弧面，其圆弧面曲率半径与校直轴的标准半径相等，该分瓣反弯校直模具根据待校直轴的不同进行更换，其各通过销轴与连杆一端铰接，两连杆另一端与同一液压缸B的两端相连，该液压缸B固定在机架上。上述两连杆中部各设一根支轴，该支轴通过支耳固定在机架上。控制传动系统主要包括液压传动系统和电器控制系统，液压传动系统主要有泵站、油箱、阀组、管路组成，泵站通过与油箱相连的带阀管路与液压缸A、液压缸B和环形油缸进出油孔分别相连。

本发明的方法主要是对待校直工件(轴)施加轴向载荷，同时对轴身施加反弯校直力，使轴的弯曲变形校直。

具体步骤如下：

1、启动液压缸A推动卡头、环形油缸、活动楔块以及位于环形油缸中的液压顶尖、旋转机构和弹簧等沿导轨在底座上向两侧运动，直到左右2个卡头间距大于待校直轴长度停止；将待校直的轴(以下简称为轴)送入本发明所述的校直设备(以下简称为设备)左右卡头之间，同时通过环形油缸中心槽底上的进出油孔向液压顶尖滑块供油，液压顶尖在液体压力作用下压缩弹簧，将轴固定在两液压顶尖之间。

2、液压缸A驱动卡头、环形油缸、活动楔块沿导轨向相向运动到设定位置停止，将轴两端包含在液压卡头中的活动楔块内，环形油缸中心槽底上的进出油孔将油排走，液压顶尖9在弹簧11作用下退回。

3、向环形油缸无杆环形槽进油口供油，环形油缸则对活塞施加力F₁，通过铰链推动活动楔块沿卡头的内表面向内侧运动，于是轴被活动楔块夹紧。同时夹持端的弯曲变形得以校正。

4、液压缸A对卡头施加向外侧的轴向力F₂，卡头在该力的作用下，通过活动楔块给轴施加轴向载荷F₂，使被校直轴纵截面内产生小于屈服应力的拉应力。

5、保持轴向载荷F₂，启动液压缸B通过连杆推动分瓣反弯校直模具运动。该反弯校直模具在液压缸B的作用下夹紧轴，对轴身施加反弯校直力F₃将轴身的弯曲变形进行校正。

6、撤去力F₂、F₃，液压缸B通过连杆带动反弯校直模具退回，通过环形油缸中心槽底上的进出油孔向液压顶尖供油，液压顶尖在液体压力作用下压缩弹簧，将轴固定在设备两侧液压顶尖之间；向环形油缸有杆环形槽进油孔供油，便带动活动楔块向两侧运动，松开轴的夹紧端；启动旋转机构通过液压顶尖带动轴旋转90°，重复上述1-5步骤，可将轴沿轴线方向各平面面内的弯曲变形校直。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

1、该发明在粗轴类零件校直过程中，通过液压卡头对被校直轴预先施加轴向张力，在张力作用下通过校直模具对弯曲轴进行一次校直。在校直过程中对被校直轴施加轴向张力，大幅减小弯曲校直过程中所需的校直力，可以有效降低弯曲校直后的回弹。采用校直模具夹紧校直工件，省略了三点弯曲校直工艺复杂的检测和分析控制系统，可以实现多弯曲轴一次校直，提高了校直效率。

2、本发明所述的张力反弯校直方法及设备，无需校直设备所需的弯曲检测系统和校直压头的位移分析控制系统，降低了设备成本；通过更换活动楔块和分瓣反弯校直模具，可以实现多规格轴类零件的校直工艺，设备的兼容性好。实现轴身多弯轴的一次校直，工艺过程简单，校直效率高。适合于阶梯、光杆粗轴类零件的冷、热自动校直。

附图说明

图1为本发明加工台阶轴步骤1、2、3的主视剖面示意图。

图2为图1的A-A视图。

图3为本发明加工台阶轴步骤4、5的主视剖面示意图。

图4为图3的C-C视图。

图5本发明加工台阶轴步骤6的主视剖面示意图

图6为本发明加工光杆轴步骤1、2、3的主视剖面示意图。

图7为本发明加工光杆轴步骤4、5的主视剖面示意图。

图中：1底座，2导轨，3环形油缸，4活动楔块，5卡头，6液压缸A，7校直模具，8待校直轴，9液压顶尖，10旋转机构，11弹簧，12连杆，13液压缸B，14支架，15油箱，16油管。

具体实施方式

实施例1

在图1、图3和图6、图7所示的一种粗轴类零件的校直设备的主视剖面示意图中，机架主要包括底座1、支架14、导轨2、。底座通过地脚螺栓固定在地面上，导轨铺设在底座上表面的两侧，两侧支架通过导轨安装在底座上,两侧支架与夹紧机构连接。夹紧机构主要包括环形油缸3、卡头5和活动楔块4，分别固定在位于导轨上的两侧支架上。卡头为内设空腔的圆柱体，在该圆柱体上设有与导轨对应的锥形通孔且两卡头的小直径孔相对安装，两卡头周面上设有轴向相对的外凸支耳。在该卡头的锥形空腔内设有外侧为与其对应的斜面、内侧有与被校直工件端部轴肩对应的活动楔块，该活动楔块通过铰链与环形油缸活塞外端相连。该活动楔块根据待校直轴的不同进行更换，该环形油缸活塞内端位于环形油缸的无杆环形槽内。该环形槽侧壁位于开口和底部两侧分别设进、出油孔。该环形油缸通过法兰分别固定在与之相应的卡头上。旋转定位机构主要包括有：液压顶尖9、旋转机构10和弹簧11。在上述环形油缸的中心槽孔内设有液压顶尖，其中部有一个与中心槽孔截面对应的滑块，滑块一个端面上垂直固定一根与其同轴的顶柱，该顶柱的端顶设有顶针，在该顶柱外面套有弹簧，在中心槽孔开口上设有弹簧压盖；滑块另一个端面与连杆一端相连，该连杆穿过槽底中心通孔位于环形油缸外的另一端与旋转机构相连，另在槽底中心还设与进出油管相连的进出油口。在两卡头之间设有校直模具机构，其主要包括有：校直模具7、连杆12、液压缸A 6和液压缸B 13。液压缸A分别与两侧卡头外凸支耳相连，校直模具为以轴线为对称的两个分瓣反弯校直模具，模具型腔为圆弧面，其圆弧面曲率半径与校直轴的标准半径相等。其各通过销轴与连杆一端铰接，两连杆另一端与同一液压缸B 13的两端相连，该液压缸B 13固定在机架上。上述两连杆中部各设一根支轴，该支轴通过支耳固定在机架上。控制传动系统主要包括液压传动系统和电器控制系统，液压传动系统主要有泵站、油箱、阀组、管路组成，泵站通过与油箱相连的带阀管路与液压缸A、液压缸B和环形油缸进出油孔分别相连。

实施例2

以某火车轴为例结合附图详细说明：请参阅图1、图2，根据待校直的火车轴8规格，选择与火车轴轴头和轴座相对应的活动楔块4和轴身直径相等的分瓣反弯校直模具7；调节液压缸A 6的伸缩量，使卡头5的移动距离满足火车轴8的长度需要。开启液压缸A 6推动卡头5、环形油缸3、活动楔块4以及位于环形油缸中的液压顶尖9、旋转机构10和弹簧11等沿导轨2在底座1上向两侧运动；将火车轴8通过上料装置送入本发明所述的校直设备左右卡头之间，同时通过环形油缸中心槽底上的进出油孔向液压顶尖滑块供油，液压顶尖9在高压油的作用下压缩弹簧11，将火车轴8固定在两液压顶尖之间。液压缸A 6又驱动卡头5、环形油缸3、活动楔块4沿导轨2向内侧运动到设定位置停止，将火车轴8两端的轴头和轴座包含在液压卡头5中的活动楔块4内，环形油缸中心槽底上的进出油孔将油排走，液压顶尖9在弹簧11作用下退回。向环形油缸无杆环形槽进油孔供油，环形油缸3则对活塞施加力F₁，通过铰链推动活动楔块4沿卡头5的内表面向内侧运动，于是火车轴8轴头和轴座被活动楔块4夹紧。此时火车轴8的轴座和轴头的弯曲变形在活动楔块4的夹紧过程中得以校正，同时保证了轴座与轴头的同轴度。

请参阅图3和图4，液压缸A 6对卡头5施加向外侧的轴向力F₂，卡头5在轴向力F₂的作用下，通过活动楔块5对火车轴8施加轴向载荷F₂，启动液压缸B13通过连杆12推动分瓣反弯校直模具7，反弯校直模具7在液压缸B13施加的力F₃的作用下夹紧火车轴8的轴身，火车轴8轴身在反弯校直模具7包裹平面内的所有弯曲变形得以校正。

请参阅图5，撤去力F₃、F₂，液压缸B13通过连杆12带动反弯校直模具7退回，通过环形油缸中心槽底上的进出油孔向液压顶尖腔供油，液压顶尖9在液体压力作用下压缩弹簧，将火车轴8固定在设备两侧液压顶尖之间；向环形油缸3上有杆腔进出油孔供油，便带动活动楔块4回程，松开火车轴8的轴座和轴头；启动旋转机构10通过液压顶尖9带动火车轴8旋转90°，重复上述步骤，火车轴8的所有沿轴线方向各平面面内弯曲变形即被校直。撤去力F₃、F₂，反弯校直模具7退回；顶尖9在液体压力作用下伸出，固定火车轴8，松开活动楔块4，卡头5向左右两侧退回，卸下火车轴8，火车轴8的校直结束。

实施例3

请参阅图6、图7，以某光杆轴为例，根据要校直的光杆轴的规格，选择与光杆轴夹持端直径相等的活动楔块4和轴身直径相等分瓣反弯校直模具7；调节液压缸A 6的伸缩量，使卡头5的移动距离满足轴的长度需要。调整完毕后，光杆轴的校直方法与实施例2火车轴的校直方法相同，请参阅实施例2。

Claims (3)

1.一种粗轴类零件的校直方法，其特征在于：对待校直工件施加轴向载荷，同时对轴身施加反弯校直力，使轴的弯曲变形校直。

2.根据权利要求1所述的粗轴类零件的校直方法，其特征在于：具体步骤如下：

1)启动液压缸A推动卡头、环形油缸、活动楔块以及位于环形油缸中的液压顶尖、旋转机构和弹簧等沿导轨在底座上向两侧运动，直到左右2个卡头间距大于待校直轴长度停止；将待校直的轴送入本发明所述的校直设备左右卡头之间，同时通过环形油缸中心槽底上的进出油孔向液压顶尖滑块供油，液压顶尖在液体压力作用下压缩弹簧，将轴固定在两液压顶尖之间；

2)液压缸A驱动卡头、环形油缸、活动楔块沿导轨向相向运动到设定位置停止，将轴两端包含在液压卡头中的活动楔块内，环形油缸中心槽底上的进出油孔将油排走，液压顶尖在弹簧作用下退回；

3)向环形油缸无杆环形槽进油口供油，环形油缸则对活塞施加力F₁，通过铰链推动活动楔块沿卡头的内表面向内侧运动，于是轴被活动楔块夹紧，同时夹持端的弯曲变形得以校正；

4)液压缸A对卡头施加向外侧的轴向力F₂，卡头在该力的作用下，通过活动楔块给轴施加轴向载荷F₂，使被校直轴纵截面内产生小于屈服应力的拉应力；

5)保持轴向载荷F₂，启动液压缸B通过连杆推动分瓣反弯校直模具运动，该反弯校直模具在液压缸B的作用下夹紧轴，对轴身施加反弯校直力F₃将轴身的弯曲变形进行校正；

6)撤去力F₂、F₃，液压缸B通过连杆带动反弯校直模具退回，通过环形油缸中心槽底上的进出油孔向液压顶尖供油，液压顶尖在液体压力作用下压缩弹簧，将轴固定在设备两侧液压顶尖之间，向环形油缸有杆环形槽进油孔供油，便带动活动楔块向两侧运动，松开轴的夹紧端；启动旋转机构通过液压顶尖带动轴旋转90°，重复上述1-5步骤，可将轴沿轴线方向各平面面内的弯曲变形校直。

3.权利要求1的粗轴类零件的校直设备，其特征在于：底座固定在地面上，导轨铺设在底座上表面的两侧，两侧支架通过导轨安装在底座上，两侧支架与夹紧机构连接，夹紧机构的环形油缸、卡头和活动楔块分别固定在位于导轨上的两侧支架上，卡头为内设空腔的圆柱体，在该圆柱体上设有与导轨对应的锥形通孔且两卡头的小直径孔相对安装，两卡头周面上设有轴向相对的外凸支耳，在该卡头的锥形空腔内设有外侧为与其对应的斜面、内侧有与被校直工件端部轴肩对应的活动楔块，该活动楔块通过铰链与环形油缸活塞外端相连，该环形油缸活塞内端位于环形油缸的无杆环形槽内，该环形槽侧壁位于开口和底部两侧分别设进、出油孔，该环形油缸分别固定在与之相应的卡头上；在上述环形油缸的中心槽孔内设有液压顶尖，其中部有一个与中心槽孔截面对应的滑块，滑块一个端面上垂直固定一根与其同轴的顶柱，该顶柱的端顶设有顶针，在该顶柱外面套有弹簧，在中心槽孔开口上设有弹簧压盖，滑块另一个端面与连杆一端相连，该连杆穿过槽底中心通孔位于环形油缸外的另一端与旋转机构相连，另在槽底中心还设与进出油管相连的进出油口；在两卡头之间设有校直模具机构，其液压缸A分别与两侧卡头外凸支耳相连，校直模具为以轴线为对称的两个分瓣反弯校直模具，模具型腔为圆弧面，其圆弧面曲率半径与校直轴的标准半径相等，其各通过销轴与连杆一端铰接，两连杆另一端与同一液压缸B的两端相连，该液压缸B固定在机架上；上述两连杆中部各设一根支轴，该支轴通过支耳固定在机架上控制传动系统主要包括液压传动系统和电器控制系统，液压传动系统主要有泵站、油箱、阀组、管路组成，泵站通过与油箱相连的带阀管路与液压缸A、液压缸B和环形油缸进出油孔分别相连。