一種軸類彎曲件矯直方法的研究與應用

郭傳金 張剛

摘 要：航天產(chǎn)品中軸類工件因加工精度高、加工費用高，容易彎曲變形而成為機加行業(yè)中的一個難題。特別是一些粗長軸因某些原因而造成彎曲，處理起來十分困難。因次，研究如何采用有效方法矯直彎曲件有著十分重要的意義，本文通過研究與實際操作，得出了一種既經(jīng)濟又實惠的矯直方法——局部加熱法，為一些粗長軸類彎曲件的矯直提供了依據(jù)。

關鍵詞：軸類；彎曲變形；局部加熱法；矯直

Abstract： The Aerospace products long axis has a problem because of the high precision， high costs and Bend easily. Especially， some coarse and long shaft bending for some reason， it is very difficult to handle it. So， it is meaningful to study how to use an effective method to make the blent shaft become straight. Through research and practical operation， we find an economical way to straightening the blend shaft - local heating， Pprovid a basis for some coarse and long blent shafts.

Key words： Shaft； Bending Deformation； Local Heating Method； Straightening.

中圖分類號：TG33 文獻標識碼：A

1 前言

在機加行業(yè)中軸類工件由于加工方法不當，或者搬運保管不善都會造成彎曲變形。輕者影響設備的加工精度，重者造成整臺設備報廢。通過研究多種工藝方法，采用局部加熱法進行矯直[1-2]，使它恢復到原來的尺寸精度，以滿足使用要求。

局部加熱法矯直，又稱火焰矯正法。通常使用乙炔火焰或其它火焰，將軸類工件的彎曲處局部加熱，使被加熱處金屬受熱膨脹，但由于周圍金屬自身溫度低，因此膨脹收到阻礙。此時加熱金屬受到壓縮應力，當壓縮應力超過屈服應力時，產(chǎn)生壓縮塑形變形，待其冷卻收縮后，加熱處的金屬要比之前短，從而達到矯直的目的。有時為了提高矯直效率，加速金屬的收縮量還可在加熱處澆水冷卻。在實際工作中要想更好、更快的矯直軸的彎曲變形，必須了解軸產(chǎn)生彎曲的原理，掌握一些矯直的方法和技巧。

2 軸類工件彎曲的原理

工件在受到外力作用后就會產(chǎn)生彎曲變形。變形分為彈性變形和塑性變形兩大類。將一軸件兩端支撐起來，在它的中間任何處向下施加一定的外力，這時軸就會向下彎曲變形。壓力終止后，軸靠自身的彈力能恢復到原來的形狀和尺寸精度就叫彈性變形，反之，軸不能恢復到原來的形狀和尺寸精度就叫塑性變形。如圖1所示。

由此可以看出，軸的彎曲變形與于施加外力的大小、速度和時間有著很重要的關系。施加的外力越大，時間越長，速度越快，超過了軸自身的彈性極限范圍就會造成彎曲變形，軸的彎曲就是塑性變形的結果。因此，要把彎曲的軸矯直就要充分利用軸的塑性變形。正確掌握施加外力的大小、方向和時間三者之間的關系，保證使軸產(chǎn)生的塑性變形恰好抵消軸之前的彎曲變形量，從而達到矯直的目的。

3 軸件的彎曲和矯直方法

3.1 細長軸

細長軸彈性較大，而粗短軸的彈性較小，在實際工作中，細長軸比粗短軸難矯直，故應當采用分段多次矯直的方法，先矯直變形量大的，再矯直彎曲變形量小的，火焰加熱時，加熱面積要小，火焰要大，動作要快，防止加熱的時間過長而造成矯直過渡。

3.2 多方向彎曲軸

多個方向彎曲的軸矯直時，因軸的彎曲方向跟受外力的方向是一致的，要先找準彎曲的方向，找正支撐點，把同一個方向的彎曲逐一矯直，再矯其他一方向的彎曲變形，只有這樣才能保證軸矯直后的直線度。

3.3 階梯軸

階梯軸因軸徑大小不同，彎曲后軸徑小的地方變形大，軸徑大的地方變形小，因此矯直時，軸徑大的地方要離加熱點近些，軸徑小的地方離加熱點遠些。

3.4 粗短軸

粗短軸在用火焰加熱的同時，也可以利用外力（如：千斤頂、壓力機等）給它施加一個外力，以達到快速矯直的目的，但是施加外力一定要緩慢、均勻，以防止對軸件產(chǎn)生破壞。

4 局部加熱法矯直

利用局部加熱法矯直前，應先了解被矯直軸件的結構和材質，矯直后軸的機械性能有明顯下降，就不宜采用這種方法。彎曲面向上，加熱區(qū)形狀和加熱點位置必須選擇正確，才能達到矯直的目的，常用的是點狀加熱法。

采用中性火焰加熱溫度一般在600℃～800℃。在暗處觀察加熱處為暗櫻紅色或櫻紅色。溫度過低矯直效果不明顯；溫度過高，鋼材晶粒度變粗，影響其力學性能，并造成金屬材料的損傷。在加熱過程中焊槍要微微抖動，不可固定在一處，并且加熱時動作要敏捷，盡量縮短加熱的時間。如果彎曲度過大，可分幾次矯直，不可一次加熱時間過長以免燒壞軸的表面。

又粗又長、彎曲度較大的軸，應在彎曲處均勻地選擇多個加熱點，采用多次矯直，操作時一定要避開原來的加熱位置，并充分的利用外力加速矯直效果。

5 局部加熱法矯直軸件的實際應用

某一大型設備的一件主軸，直徑為3000mm，在搬運的過程中因事故造成距端頭1000mm處彎曲變形1mm。嚴重影響了產(chǎn)品的加工精度，并多次出現(xiàn)廢品，利用局部加熱法進行矯直取得了很好的效果，滿足了生產(chǎn)需要。具體操作方法如下：

把軸裝夾在車床上，兩端用頂尖頂緊，啟動車床慢慢旋轉，將千分表吸在床身上進行測量，找到彎曲部位與凹凸處同時測量徑向圓跳動最大讀數(shù)，用標記筆在軸上做好標識。找一對尺寸完全相同的V型鐵放在3m工作平臺上，軸架在V型鐵槽中兩V型鐵距彎曲處距離相等，將兩個千分表吸在平臺上，指針調好壓在軸的兩端，如圖2所示。

使用射吸式焊炬5號槍嘴，采用中性火焰點狀加熱法，在彎曲處加熱到800℃，暗處觀察加熱處顏色為櫻紅色，從千分表上可以看到軸的彎曲度在逐漸增大，待彎曲度增大到約為原來的3倍時，停止加熱，立即用水淋澆冷卻加熱處，軸就會慢慢反彈伸直。然后，把軸上多余的水份擦干，用油石磨光加熱處的印跡，將軸垂直懸掛自然冷卻。24小時后把軸夾到車床上用千分表測量，達到了較為理想的矯直效果。

結論

決定局部加熱法矯直的主要因素是火焰的加熱位置和熱量的大小。熱差越大矯直能力越強。當然首先要選準加熱位置，位置錯了會導致相反的效果，對于碳鋼和普通低合金鋼采用500℃～800℃的加熱溫度，但要防止加熱的溫度過高，使金屬過熱甚至熔化，從而破壞金屬的機械性能。本文通過實際應用，采用局部加熱法能較好的達到對彎曲軸件的矯直目的，為其他較為難矯直的軸類彎曲件矯直提供了依據(jù)。

參考文獻

[1]彭學禮.局部加熱法校正汽輪機軸[J].四川電力技術，1993（04）.

[2]唐志超，趙偉，王進軍.局部加熱法在汽輪機轉子直軸過程中的應用[J].機械工程師，2013（05）.

[3]劉兵，梁延德，楊晶，徐力.火焰矯正工藝參數(shù)的選擇[J].金屬熱處理，2008（06）.

[4]梁國明.制造業(yè)質量檢驗員手冊[M].機械工業(yè)出版社，2012.

[5]張靜攻，張異，湯蘭鳳.高級氣焊工應知應會問答[M].上海交通大學出版社，1991.