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5 2 煤 矿 机 械 2 0 0 3年第 5期 文章编号 1 0 0 3 ． 0 7 9 4 2 0 0 3 0 5 0 0 5 2 - 0 3 圆筒零件精圆整专用设备 梁睦 ．程 军红 中原工学院，河 南 郑州 4 5 0 0 0 7 摘要 采用传统常规 工艺方法无法满足薄壁筒体零件的圆整精度要求。就薄壁筒体零件的 精 圆整加 工工艺， 介绍了一种专用设备的结构设计， 动作原理 ， 滚压加工机理 ， 典型结构特点以及有 关的走刀 进给 速度计算。 关键词 薄壁筒体 ；精 圆整；滚压加工 中图 号 T G 3 7 文献标 识 码 B 1 引言 薄壁筒体 ， 一般采用壁厚≤3 n a n l 的不锈钢板卷 制焊接而成 ， 以 8 0 0 n l n l 、 筒体长 2 0 0 0 to n i 的薄壁辊 筒为例。其生产工艺一般为 下料一卷圆一焊接一 焊道修磨初圆整一酸洗钝化一二次圆整检修一滚压 校圆一两头切边一焊接两边堵板 、 心轴一机加工 ， 实 现心轴与筒体 的同轴度要求 。 有的辊筒 由于工作在特殊环境 中， 因此对筒体 零件的径 向跳动、 直线度等方面都有严格的公差要 求。在薄壁筒体零件的成形加工工艺 中， 滚压校圆 工艺成为影响产品质量 的关键 ， 需要专用设备来解 决 滚压 校圆工 艺 的难题 。 2 滚压 校 圆专 用设备 的设 计方 案及 工作原 理 薄壁筒体滚压校圆专用设备的具体结构如图 1 所示 。 图 1 滚压校 圆专用设 备外 形图 ．1 The p i 8 1 e qu i pme n t t o r o l l mi d c or r e c t c i r c l e 1 ． 底座2 ． 减速机3 ． 联轴节4 ． 行星走刀机构5 ． 丝杆6 ． 上 壳体7 ． 下壳 体8 ． 滚 压头9 ． 主轴1 O ． 支撵座 滑动轴承 1 1 ． 活动尾座l 2 ． 调节 螺钉 在滚压校圆加工前 ， 先将活动尾座 l l 转动 9 0 。 把初圆整后 的薄壁筒体 ， 套在主轴和滚压头上， 由专 用铸铁壳体 6 、 7固定 ， 再 回转活动尾座， 用滑动轴承 1 0支承 固定主轴 。 ’ 在滚压校圆加工时 ， 原动力机构通过电机 、 皮带 轮 、 蜗杆减速机构 ， 为主轴提供一 均匀 的输 出转动 ， 转速为 1 0 0 d ra i n 。行星轮走刀机构在支承主轴转动 的同时 ， 通过 5个齿轮组成 的行星轮系及 两种位置 组合变换 ， 驱使固定支承在转动主轴上的丝杠 5以 6 7 ． 3 3 d ra i n和 3 3 3 ． 3 3 d ra i n两种 转 速 转 动 O其 中低 速 6 7 ． 3 3 d ra i n为工作进 给速 度， 高速 3 3 3 ． 3 3 d ra i n 为滚压头快退速度。在转动主轴上设计有长度大于 2 0 0 0 m m的滑动键槽 ， 其作用是驱使 滚压头 8在与 主轴 同步转动的同时 ， 又用转动丝杠驱使滚 压头沿 主轴轴线方向水平匀速移动。这样 ， 工作进给时， 滚 压头以 1 0 0 r ／ ra i n的转速和 4 O 4 ra m／ ra i n的水平移动 速度 ， 由走刀机座 4向尾座 1 1方向复合运动 ， 最终 实现滚压头相对于固定在机架壳体 内薄壁筒体内壁 的螺旋线复合走刀进给运动。滚压头滚轮作用在筒 体内壁上的滚压力由压缩弹簧产生 。薄壁筒体通过 滚压头多点滚压力作用 ， 紧贴在专用壳体 内壁。随 着滚压头匀速螺旋 复合进 给运动 ， 产 生相应 的弹性 塑性变形 ， 整遍滚压后 ， 使刚性壳体的尺寸形状精度 满足薄壁筒体的各项尺寸公差要求 。 工作进给完成后 ， 滚压头 以 2 0 0 0 ra m ／ ra i n的快 退速度返 回到走刀机架 4的一端 ， 然后松开壳体紧 固螺栓 ， 用顶丝顶起上 壳体 6 ， 再松 开轴承 1 0及 尾 座 1 1的紧固螺栓 ， 转动尾座 9 0 o ， 即可取 出滚压校圆 加工后 的薄壁筒体零件。 从上述结构动作 可见 ， 薄壁筒体的滚压校 圆是 通过无切 屑滚 压工艺来实 现 的。根据金属 变形理 论 ， 工件表面在挤压力作用时 ， 被挤压金属的原子间 会产生相对滑移 ， 由弹性塑性变形造成被滚压表面 的形状改变 ， 并使其 内部组织结构和物理性能也发 生变化 ， 使金属被挤压层组织紧密、 晶粒细化 ， 晶格 形状也沿着变形方向扭曲延伸。由于薄壁筒体被固 维普资讯 2 0 0 3年第 5 期 圆筒零件精 圆整专用设备梁睦， 等 5 3 定在一个理想 的刚性壳体内。在滚压力作用时 ， 薄 壁筒体不仅产生不大 的径 向变形 因壳体限制 ， 而 且轴 向产生挤压延伸。一般情况下， 薄壁筒体受 挤 压力越大， 其塑性变形越充分， 滚压所达到的圆整效 果越佳。同时， 在被挤压金属表面还会产生极大 的 压缩应力 ， 使金属表层冷作硬化 ， 提高薄壁筒体的表 层硬度、 弹性极限、 屈服极 限和疲劳极 限等 ， 改善筒 体表面粗糙度 ， 并使零件表 面抗腐蚀性能也有所提 高。这一切对薄壁筒体的使用性能提高都是十分有 利 的。 3薄璧简体滚压校圆专用设备的主要结构 1 壳体机架 壳体机架为铸钢件 ， 壳 体分为上下两半 见 图 1 。安装筒体零件时， 可将上壳体用顶丝顶起 。待 筒体零件安装就位后 ， 再用螺栓将上下壳体联接 固 定。壳体内孔壁尺寸公差及表面粗糙度对薄壁筒体 的最后 定形 精 度有 至关 重 要 的直 接 影 响 ， 因此 需 要 专用设备工艺进行壳体内壁镗孔加工。 2 行 星轮走 刀机 构 走刀机构的具体结构如 图 2所 示。齿轮 2 3用 键与主轴固定联接 ，齿轮 8与套 2 2紧配后 空套 在 主轴 1 0上 ，齿轮 1 5与丝杠 1 9固定 ，丝杠 1 9由 2 个托脚 1 6及 9固定在主轴 1 0上 ，由齿轮 2 1 通过齿 轮 8驱 动。 双联齿 轮 5 , 6 与 套 紧配合 后 ，活 套 在销 轴 7上 ， 并沿齿轮支架 4作上下啮合与脱离的调整 运 动 。 导程， 6 z 5 2 7 l 6 5 图 2 行 星轮走 刀机构 Fi g． 2 Pl a ne t wh e e l f e e d s t r u c t ur e 1 ． 支承座2 , 9 ． 托架3 ．轴套架4 ． 齿轮支架5 、 6 、 8 、 2 1 ． 齿轮 7 ． 销轴l O ． 主轴1 1 ． 滚 压轮 l 2 ．齿轮 轴 l 3 ． 滚 轮架 l 4 ．滚 压盘l 5 ． 螺母l 6 ． 托脚l 7 、 2 o 、 2 2 ． 套l 8 ． 平 面轴承l 9 ． 丝杆 2 3 ． 主动齿轮2 4 ． 隔套2 5 ． 轴瓦 当滚压头按要求工作进 给时 ， 通过螺旋操作手 轮使齿轮支架 4下移， 使双联齿轮 5 、 6与齿轮 8 、 2 3 处于啮合状态。当齿轮 2 3随主轴同步转动时 ， 齿轮 2 3 、 5 、 6 、 8 、 2 1 及丝杠托脚9 组成差动混合轮系， 驱动 齿轮并丝杠 1 9转动， 再通过滚压头圆盘上 的螺母 传 动 ， 使滚压头沿主轴作轴向进 给运 动。按 图 2所示 的各齿轮的齿数、 滚压头工作进给时按主轴转速 n 。 1 0 0 d ra i n ， 滚压头工作进给时移动速度 1 S n566 7． 3 34 O 4 r a n dmi n 式中s 丝杠导程。 当滚压头滚压结束， 按要求快速返 回时 ， 可转 动 手轮使齿轮支架上移， 使双联齿轮 5 , 6与齿轮 2 3脱 离啮合位置， 同时齿轮 8被齿轮支架 4上 的连杆 、 卡 爪联 动锁紧 ， 变 为 固定齿 轮 ， n 。 0 ， 这 时 齿 轮 4 、 8 、 2 1 及丝杠托脚 9组成行星轮系， 此时滚压头快退速度 2 S n 5 63 3 3． 3 32 0 0 0 mm／ mi n 3 滚压头部分 滚压头是薄壁筒体滚压校圆专用设备 的关键部 件， 其结构如图 3所示。滚压圆盘通过滑键 1 2与主 轴 1 1 联接， 主轴 1 1的外圆上加工有与滑键 1 2动配 合 ， 且满足工作进给行程需要的长键槽。在滚压 头 与主轴同步转动时 ， 通过丝杠螺母传动 ， 使滚压头沿 主轴轴 向移动 ， 实现滚压头相对 于筒体内壁的螺旋 线复合进给运动。滚压盘 7上装有多个等分布置 的 弹性 滚 压 轮 图 中为 3个 ， 也 可 以设 计 成 4个 、 6 个 。滚压轮 的径 向压力是靠压缩 弹簧 2产生 的。 在 滚轮 架 5的一 面 上 加 工有 相 当于 直 齿 条韵 齿 形 ， 转动齿轮轴 1 ， 通过齿轮齿条啮合传动 ， 可调整滚压 轮 的预加 滚 压力 。撑 牙 9和 棘 轮 1 0用 于 锁 紧 齿 轮 轴 1 ， 使其调整后的预加滚压力得以保持 ， 避免齿轮 轴承受冲击载荷时出现反向转动。 图 3滚压头结构 ’ ．3 Th e r o l l e r h e a d s t r uc t ur e 1 ．齿轮轴2 ． 弹簧3 ． 滚轮4 ． 销轴5 ． 滚轮架6． 压板 7 ． 滚压 圆盘8 ． 螺母9 ． 撑牙l O ． 棘轮1 1 ． 主轴l 2 ．导向键 l 3 ． 盖板l 4 ． 工件 ． 4 活动尾座支撑部分 活动尾座支撑部分如 图 1所示 。滑动 轴承 1 0 安装在尾座 l l 上 ， 用矩形导轨联接， 使滑动轴承可 相对尾座沿主轴 轴线 前后 移 动 ，用于支承主轴转 维普资讯 5 4 煤 矿 机 械 2 0 0 3年第 5期 文章编号 1 0 0 3 ． 0 7 9 4 2 0 0 3 0 5 ． 0 0 5 4 ． 0 2 避免渗碳淬硬齿轮端面磨裂简易有效的方法 曹萍 。 ．王斌武 ．季旭 1 ． 鸡西大学 ，黑龙 江 鸡西 1 5 8 1 0 0 ；2 ． 鸡西煤 矿机械有限公司 ，黑龙江 鸡西 1 5 8 1 0 0 摘要 经渗碳淬火后 高硬度的 2 0 C r Mo T i 齿轮 ， 在磨 两端平面时发生磨裂现 象。针对 工艺中 长期存在的这一问题 ， 进行分析研 究。通过对影响磨裂诸 多因素的生产试验 ， 得 出一种解决此问题 的简易有效的表面预削加工方法， 解决 了这一难题。 关 键词 磨 削 ；磨 裂 ；加 工方 法 中图号 T H1 3 2 ． 4 1 文 献标 识码 B 1前 言 经渗碳淬 火后高硬 度的 2 0 C r M o T i 或 1 5 C r M n A 钢齿轮 ， 在磨削齿轮两端平 面或齿面时出现磨裂现 象。多数磨裂与磨削方向垂直， 较平行排列 ， 较有规 律 ， 少数磨削面带烧伤的裂纹 ， 形态不规则。发生齿 轮两端平面磨裂废品率曾高达 6 7 ％以上 ， 这是在磨 齿中工艺长期存在 尚未彻底解决的一个问题 。 2 磨裂的原因分析 磨裂最容易发生在磨齿轮两端平面时 ， 磨齿轮 两端平面是用砂轮端平面进行切削， 接触面积最大 ， 排屑困难 ， 冷却效果差。一般在单位切削面积上 的 切削力比磨外圆大 ， 发热量也相对高， 由磨削热引起 的热应力直接受磨削区域的温度差所决定 。工作磨 削区域温度愈高 ， 温差就愈大。在磨削升温 的过程 中， 工作表面层膨胀受到周 围及 内层的限制 ， 热应力 表现为压应力 ， 而在冷却期间， 由于磨削区域表面迅 速的冷缩而受到 内层及周围的阻力 ， 热应力变为拉 应力 ， 因此磨削产生 的磨裂 主要因素之一是 由磨 削 冷却期间的瞬时应力变化所造成的。 3解 决措 施 在影响工件表面层温度 的因素 中， 绝大部分与 磨削加工条件有关 ， 因此 ， 解决磨裂的问题是改善磨 削加 工 条件 1 砂轮线速度愈高 ， 挤压 引起摩擦力也愈大 ， 使工件磨削区域温度升高， 热应力增加 ， 所 以渗碳淬 火的高硬度磨削不宜采用过高的砂轮线速度。 2 砂轮硬度和粒度的选择 。工件材料高硬度 ， 磨料容易磨钝化 ， 摩擦力增加 ， 就会在工件表面层形 成挤压现象， 而磨削区域产生的热量愈大， 工件表面 形 成 的温 差 也大 ， 交界 线 两侧 的温 度差 越 大 ， 引起 的 拉应力也越大。当瞬时应力超过工件端平面渗碳层 组织的断裂强度时，就要引起沿着磨削方向垂直的 动。当简体完成滚压的工作进给后 ， 通过快退运动 使滚压头退 回至靠近走刀机架 4处 ， 然后松开上下 壳体 6 、 7中缝处的紧螺栓 ， 通过顶丝使上壳体 6抬 起。这时可旋转尾座 l l 上的操作手轮 ， 使轴承座 l 0 在丝杠螺母机构的相对 转动 中， 沿矩形导轨即主轴 轴心线方 向向外退出 ， 使轴承座与主轴脱离 借助其 他辅助机构临时托起主轴 ， 然后松开尾座 l l 上 的 压紧螺栓 ， 推动尾座沿设备底座 1上的圆弧轨道转 动 9 01 8 0 。 ， 工件即可沿主轴方向装入或退 出。 4结语 实践证明 ， 对于薄壁简体实施滚压校 圆加工工 艺， 是一种行之有效 的方法 ， 除获得较高 的生产效 率 、 精度 ， 改善工件表面粗糙度外 ， 还可 以提高简体 零件的表面硬度， 使用性能和抗腐蚀性能。当然 ， 此 工艺方案工人操 作相对 比较繁琐 ， 为此也在不断探 索更为先进 、 合理、 有效的工艺方法。 参考文献 [ 1 ] 程通 模 ． 滚 压 和 挤压 光 整加 工 [ M] ．北京 机械 工 业 出版 社 ， l 9 8 9． [ 2 ] 哈尔滨 工业大学 压 力加 工教研 室 ．金属 压力 加 工原理 【 M] ． 北 京 中国工业出版社 。 1 9 6 1 ． [ 3 ] 傅祥 志 ． 机械原理 [ M] ． 武汉 华中理工大学出版社 ， 2 O O O 。 1 0 ． 作者简介 粱睦 1 9 5 6一 ， 上海人 ， 副教 授 ， 1 9 8 2年 毕业于 西安 矿业 学院机电系 ， 曾任郑州纺织机械厂高级工程师 ， 从事非标准设备 设计 ， 研 究方向为机械加工工艺及技术装备 ． Pr e c i s e l y r o u nd p r o c e s s i n g e q u i p m e n t f o r t h i n LI ANG Mu ， CHE NG J mvh o n g Z h o n g y u a n E n g i n e e fi n g I n s t i t u t e ， Z h e n g z h o n 4 5 0 0 0 7 - C h i n a 收稿 日期 2 0 0 3 - 0 2 ． 2 1 wa l l b a r r e l Ab s t r a c t Ro u n d p r o c e s s i n g r e q u i r e me n t s c a n n o t b e me t u s i n g t h e t r a d i t i o n a l me t h o d s． Th e p a p e r i n t rod u c e s a s p e c i al e q u i p me n t f o r p r e c i s e l y r o u n d p r o c e s s i n g o f thi n wall b a r r e 1 ． I t i n c l u d e s t h e e q u i p me n t ’ S s t r u c t u r e d e s i g n- wo r k p rin c i p l e- r o l l i n g me c ha n i s m t y p i c al s t r u c t u re f e a t u re an d rol l e r r o l l i n g s pe e d’ S c alc u l a t i o n． Ke y wo r d s t h i n wall b a r r e l ；p r e c i s e l y r o u n d p r o c e s s i n g e q u i p me n t ；r o l l i n g 维普资讯