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机械加工

超长螺旋轴的加工工艺分析

时间:2014-10-21 17:16:21   作者:未知   来源:网络文摘   阅读:2417   评论:0
摘 要:介绍超长螺旋轴的加工工艺,解决超长轴的装夹加工,扩大车床加工能力和螺旋叶片展开下料尺寸计算,高强度,大导程螺旋叶片的成形问题。

    螺旋输送机是一种常用的连续输送机械。它是利用螺旋轴的旋转运动使物料向前运送,适用于输送粉状、粒状和小块状物料,不适于输送易变质的、粘性大的和易结块的物料。广泛用于冶金、建材、化工、医药和轻工等行业。

1 超长螺旋轴加工问题的提出及难点
    按螺旋输送机的有关设计规定:长度超过6000mm的螺旋轴宜作分段用悬挂轴承联接。但使用悬挂轴承也给悬挂轴承的维修、润滑等带来不便。因此,长度在8000mm左右、大轴径、大螺径的螺旋输送机,用户希望用整体的长螺旋轴。

    在机械加工中,工件长度与工件直径之比大于20的轴称为细长轴。细长轴因为本身刚性较差,当受到切削力时,会引起弯曲、振动,加工很困难,轴径比越大,加工就越困难,加工精度较难保证。下面以实例谈谈:螺旋输送机超长螺旋轴的加工方法和措施。用户螺旋输送机的技术参数是:螺旋输送机总长8500mm,螺旋轴长8400mm,输送距离L=7570mm、螺旋导程为L=505mm、螺旋直径φ=600mm、螺旋芯轴采用φ219×10无缝管、螺旋叶片用 16Mn钢板,厚度δ=8mm。

    公司用于加工轴类零件的最大机床C650×5000的最大加工长度为5000mm,而该螺旋轴的长度为8400mm,远远超出了车床的加工范围,同时螺旋叶片不仅厚度厚、螺旋深度大,而且导程也大。通过对螺旋轴图纸分析:螺旋轴的主要机加工部位为两端轴头,技术要求是保证两端轴承位的尺寸和同轴度,螺旋轴切削加工的关键是解决机床的加工能力,和提高工件加工时的刚性;螺旋轴加工的另一个难度是:螺旋叶片的成形和焊接螺旋叶片时螺旋轴的变形量控制。螺旋轴的示意图见图1。

2 超长螺旋轴的加工及解决措施
2.1 机床加工能力问题的解决
    C650车床难以加工此超长轴的原因是:该车床的导轨只有50 00mm,而螺旋轴的长度为8400mm,需要具有9000mm以上导轨的车床才能装夹加工。外协加工造价高,而且周边厂家没有这样的车床。在C650车床尾部轴向制作安装一机座,用于固定车床尾座,解决螺旋轴的装夹问题。机座制作要求的关键:一是机座安装要牢靠;二是机座安装高度必须能确保尾座的中心与车床主轴中心等高,车床尾座在其上能左右调整,保证机座轴线与车床轴线的同轴度。

2.2 提高螺旋轴的加工刚性
    螺旋轴的长径比为8400/219=38.4属于细长轴。按细长轴特点和《车工工艺学》中介绍的提高工件刚性的方法,采用过定位方法进行夹持螺旋轴,即车削螺旋轴采用一夹一顶一中心架支撑的装夹方法。由于螺旋轴空心管段为未加工毛坯面,中心架不能直接使用,所以设计了过渡的调心套筒,这样中心架就能支撑螺旋轴,提高螺旋轴的加工刚性,改善其加工性。螺旋轴车削加工装夹示意图见图2。
超长螺旋轴
螺旋轴
2.3 螺旋叶片的成形
    螺旋叶片下料尺寸,按板金工下料方法作图,其原理图见图3。螺旋叶片尺寸可按图3所示用CAD作图测出;也可按图3用数学原理计算得出。此例中要加工的螺旋叶片的各参数及计算数据如下:
超长螺旋轴的加工工艺分析
    由于螺旋叶片的厚度较厚,螺旋叶片的内外径差值大,螺旋的导程长,传统的加工方法是:采用每片单独拉伸加工成形,然后逐片焊接到螺旋芯轴上。但是该叶片强度高,传统的手工展开成形,不仅效率低,劳动强度大,而且每片成形很难一致。经过研究和试验,根据弹簧的拉伸原理,采用整组拉伸螺旋叶片的方法顺利地解决这个难题,具体的做法是:①把金加工后的螺旋叶片画好过中心的线,沿线单边剪开;②根据螺旋线的旋转方向将螺旋叶片向两边稍微展开,方便焊接即可,将全部螺旋叶片一片一片焊接起来成弹簧状;③把螺旋叶片套入螺旋芯轴,将螺旋芯轴支承于专用拉具上,用手拉葫芦拉伸螺旋叶片到要求导程并点焊固定;④螺旋叶片与螺旋芯轴焊接。螺旋叶片拉伸示意图见图4。

2.4 焊接变形的控制
    螺旋芯轴与叶片之间一面全焊,一面断焊连接,如果焊接变形量未控制好,那么螺旋轴在安装时两端轴承位同轴度误差就较大,螺旋轴在运转过程将产生离心力,引起振动,增加输送阻力。所以必需采用合理的焊接顺序和正确的施焊方法,采用CO2气体保护焊,电流120A、电压19V、焊丝为H08Mn2SiA直径φ1.6,交错对称旋转断续焊接,减短每次焊缝长度,每段焊缝长度不超过100mm,焊角高3mm,从而减少焊接变形及焊接应力。焊接顺序示意图见图5。
超长螺旋轴的加工工艺分析
2.5 螺旋轴的制造工艺过程(工序)
1.下料 2.轴头粗加工 3.螺旋轴管校直与轴头配合尺寸的加工 4.螺旋芯轴的组装 5.螺旋芯轴加工 6.螺旋叶片的加工 7.螺旋叶片成形8.螺旋轴焊接叶片→完成。

3 超长螺旋轴加工过程的技术要点
3.1由于螺旋芯轴的刚性差,因此螺旋芯轴粗加工时,在切削用量的选择上应尽可能降低切削用量,即采用大走刀量S=0.5mm/r左右、小吃刀深度 H≤2mm。由于高速切削时离心力大振动也大,所以切削速度也应取较小值,机床转速N=24~40r/min。

3.2 螺旋芯轴金加工时要先检验机床主轴与尾座的同轴度,如不同轴,采用试车法进行调整,直至同轴。即装夹好后,先试切削工件,检测一段长度内工件的直径偏差,按夹位与顶尖的距离同检测的长度比,换算调整机床尾座左右位置,保证机床主轴与尾座的同轴度。

3.3 车刀宜采用抗振性好的高速钢。

3.4 螺旋叶片的内径金加工误差,控制在+0.1mm内,内径过小会造成拉伸时导程不够,内径如果偏差大,拉伸时会导程大小不一,焊缝不均,由于螺旋轴叶片焊后不再进行金加工,螺旋叶片外径偏差应控制在0.3mm内,否则造成螺旋直径大小不一,使用时造成振动。

3.5 采用拉伸法成形叶片时,由于拉伸变形存在一定的伸长量,叶片内外径实际要比理论计算尺寸相应小1~2.5mm。但不同导程、不同材质的情况不一。

3.6 螺旋叶片的拉伸成形由于不是单片制作,不必去除单片制作时的每片多余材料,也就不必计算每片去除材料角度。

3.7 叶片拉伸成形接近至导程时,螺旋导程矫正,叶片定位,由中间逐渐向两端,比由一端向另一端省力、省工。

4 结语
    采取以上的方法、措施,解决了超长螺旋轴和高强度,大导程螺旋叶片的加工难题,螺旋轴的制造符合图样技术要求,满足了用户的生产使用需求。采用这种加工超长螺旋轴的方法、措施,能减少加工工作量,减轻劳动强度;节约制造材料,降低加工成本;同时为加工类似超长细长轴、螺旋叶片成形、扩大车床的加工能力提供了宝贵的经验。

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