一種長棒料（或管料）用校直機(jī)的設(shè)計(jì)

徐效亮

（中國電子科技集團(tuán)公司第二十二研究所，河南 新鄉(xiāng) 453003）

一種長棒料（或管料）用校直機(jī)的設(shè)計(jì)

徐效亮

（中國電子科技集團(tuán)公司第二十二研究所，河南 新鄉(xiāng) 453003）

在常用壓力機(jī)研究的基礎(chǔ)上，考慮長棒料（或管料）的校直效率及懸伸長度，通過負(fù)載計(jì)算、液壓系統(tǒng)及結(jié)構(gòu)部分的設(shè)計(jì)、校核與仿真設(shè)計(jì)了一種校直機(jī)，為后續(xù)加工提供保障。

長棒料（或管料）；校直機(jī)；后續(xù)加工

目前長度在2m~4m之間的長棒料（或管料）直線度沒有保證，影響后續(xù)精加工，尤其是深孔加工，需要對棒料進(jìn)行校直，而現(xiàn)有壓力機(jī)[1]由于工作平臺(tái)較短導(dǎo)致棒料（或管料）的懸伸長度過長，造成校直困難、效率極低，并且存在安全方面的隱患，鑒于以上原因，本文結(jié)合我單位常用加工材料（例如不銹鋼05Cr17Ni4Cu4Nb、鈦合金TC4及鈹青銅QBe2等）的實(shí)際情況，設(shè)計(jì)了一種簡易校直機(jī)，要求校直的直線度不大于1mm/m。

1 主要技術(shù)指標(biāo)

（1）公稱力：100T。（2）工作行程：500mm。（3）上橫梁及校直工作臺(tái)變形量：小于0.3mm/m。（4）校直機(jī)工作臺(tái)面：4000mm×500mm×500mm。

2 校直工作原理及負(fù)載估算

簡易校直機(jī)的校直型式采用兩梁四柱式，它由上橫梁﹑校直工作臺(tái)﹑四個(gè)立柱和螺母組成的一體式框架。當(dāng)高壓液體進(jìn)入工作缸后，對活塞桿施加很大的壓力進(jìn)而推動(dòng)活塞桿壓頭向下運(yùn)動(dòng)，使兩工作臺(tái)間的物體產(chǎn)生塑性變形并保持一定時(shí)間的壓力達(dá)到工作要求[2]，實(shí)現(xiàn)校直目的，校直裝置如圖1所示：

圖1 校直裝置

液壓機(jī)工作平臺(tái)上分別裝入墊鐵，放入需校直棒料，適當(dāng)調(diào)整墊鐵間的距離，調(diào)整校直機(jī)對需校直處加壓對棒料進(jìn)行校直[3]，直至達(dá)到直線度小于1mm/m。根據(jù)目前常用棒類零件的實(shí)際狀況，確定校直所需最大負(fù)載。為了選擇最合適的液壓油缸，對棒料校直時(shí)所需壓力進(jìn)行計(jì)算[4]。

在純彎曲狀態(tài)下，桿件的塑性變形進(jìn)行簡化計(jì)算，對于圓截面梁：開始出現(xiàn)塑性變形時(shí)的彎矩為

極限情況（棒料橫截面上隨著塑性區(qū)的逐漸擴(kuò)大，只剩下鄰近中性軸的很小區(qū)域內(nèi)材料是彈性的）下的彎矩為

式中：M——彎曲力矩，r——棒料圓周半徑，ss——材料屈服強(qiáng)度彎曲所需壓力

式中：l為兩墊塊之間的距離

通過估算目前我廠常用最粗φ94mm 05Cr17Ni4Cu4Nb棒料校直所需壓力范圍38.5噸~65.45噸，確定液壓機(jī)的公稱力為100噸能滿足幾種常用材料的校直，進(jìn)而確定液壓機(jī)最高工作壓力、電機(jī)的功率，完成油壓缸的缸徑及壁厚選型。

3 液壓機(jī)的工作循環(huán)過程及液壓原理圖

簡易校直機(jī)的壓制工藝要求液壓缸的工作循環(huán)[5]為：快速下行→慢速加壓→保壓延時(shí)→快速返回→原位停止，壓力速度和保壓時(shí)間可調(diào)節(jié)，液壓原理圖如圖2所示。

圖2 簡易校直機(jī)液壓系統(tǒng)原理圖

4 立柱、上橫梁及校直工作平臺(tái)的強(qiáng)度計(jì)算

本校直機(jī)采用近似計(jì)算來設(shè)計(jì)立柱的尺寸及校核立柱的強(qiáng)度[6]，考慮強(qiáng)度與耐磨性能的平衡，采用45號鋼材料鍍一層硬鉻。目標(biāo)設(shè)計(jì)校直機(jī)壓力為100T，總拉力P=100噸力=100′9.8′1000N=980000N，故每根立柱載荷為

立柱兩端都車有螺紋，并且有一個(gè)定位臺(tái)階，取立柱直徑D=80mm,兩端螺紋為M72x3，M72螺紋的小徑為68.752mm大于59.9mm，由此確定立柱的結(jié)構(gòu)尺寸。

上橫梁通過上下20mm厚45號鋼板中間加16mm厚45號鋼板作支撐焊接成為一體，如圖3所示，取上橫梁的1/4作為模型進(jìn)行上橫梁的應(yīng)力與應(yīng)變分析，分析過程及結(jié)果如下圖4、5所示。

圖3 上橫梁外形圖

圖4 上橫梁應(yīng)變仿真結(jié)果圖

圖5 上橫梁應(yīng)力仿真結(jié)果

由仿真結(jié)果可以得到上橫梁的變形量為0.2059mm<0.3mm（技術(shù)指標(biāo)里規(guī)定的變形量），應(yīng)力屈服強(qiáng)度118.538MPa 260 MPa，45號鋼鍛件的屈服強(qiáng)度為：390~490MPa，選定許用應(yīng)力390MPa/1.5(安全系數(shù))=260 MPa，得出上橫梁焊接一體件符合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求。

工作平臺(tái)通過上50mm厚45號鋼板、下20mm厚45號鋼板中間加16mm厚45號鋼板作支撐焊接成為一體，如圖6所示，取工作平臺(tái)的1/4作為模型進(jìn)行工作平臺(tái)的應(yīng)力與應(yīng)變分析，分析過程及結(jié)果如下圖7、8所示。

由仿真結(jié)果可以得到工作平臺(tái)的4m的變形量為1.155mm，符合技術(shù)指標(biāo)的要求，應(yīng)力屈服強(qiáng)度159.830MPa 260 MPa ，45號鋼鍛件的屈服強(qiáng)度為：390~490MPa，選定許用應(yīng)力=390MPa/1.5(安全系數(shù))=260MPa，得出工作平臺(tái)焊接一體件符合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求。

圖6 工作平臺(tái)外形圖

圖7 工作平臺(tái)應(yīng)變仿真結(jié)果圖

8 工作平臺(tái)應(yīng)力仿真結(jié)果

5 結(jié)束語

簡易校直機(jī)徹底解決了目前常規(guī)的棒料校直中懸伸長度過長的問題。此校直機(jī)設(shè)有點(diǎn)動(dòng)、半自動(dòng)兩種操作方式，操作臺(tái)上的按鈕除完成校直機(jī)所有動(dòng)作外，還設(shè)有“雙手壓制”、“急?！钡劝踩胧╅_關(guān)。如遇緊急狀況，按下“急?！卑粹o后壓機(jī)立即停止工作，并設(shè)有一只移動(dòng)的按鈕站，確保操作人員始終處于合適的安全范圍內(nèi)，安全性得到保障，簡易校直機(jī)的總裝配圖如圖9所示。

圖9 簡易校直機(jī)總裝配圖

[1] 姚保森.我國板沖壓液壓機(jī)的現(xiàn)狀及發(fā)展[J].鍛壓裝備與制造技術(shù)，2007（02）.

[2] 雷天覺.液壓工程手冊[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社.1990.

[3] 崔甫.矯直理論與參數(shù)計(jì)算.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1994.

[4] 朱伯馭.彈塑性力學(xué).北京：科學(xué)出版社，1990.

[5] 章宏甲. 液壓傳動(dòng)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社,1999.

[6] 成大先. 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2002.

（責(zé)任編輯 王 磊）

Design of a Straightening M achine for Long Bar (or Pipe M aterial)

XU Xiao-liang
(The 22nd Research Institute of China Electronics Technology Group Corporation, Xinxiang 453003, China)

Based on the studying of common presses and considering straightening efficiency and overhang length of long bar (or pipe material), a straightening machine is designed through the load calculation, verification and simulation of hydraulic system and structural part, providing protection for the subsequent processing.

long bar (or pipe material); straightening machine; subsequent processing

TG305

A

1008–2093(2017)02–0021–04

2017-01-28

徐效亮（1981―），男，山東壽光人，工程師，碩士，主要從事石油電子機(jī)械新材料、新工藝方向研究。