一种轴类弯曲件矫直方法的研究与应用

摘 要：航天产品中轴类工件因加工精度高、加工费用高，容易弯曲变形而成为机加行业中的一个难题。特别是一些粗长轴因某些原因而造成弯曲，处理起来十分困难。因次，研究如何采用有效方法矫直弯曲件有着十分重要的意义，本文通过研究与实际操作，得出了一种既经济又实惠的矫直方法――局部加热法，为一些粗长轴类弯曲件的矫直提供了依据。

关键词：轴类；弯曲变形；局部加热法；矫直

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.

中图分类号：TG33 文献标识码：A

1 前言

在机加行业中轴类工件由于加工方法不当，或者搬运保管不善都会造成弯曲变形。轻者影响设备的加工精度，重者造成整台设备报废。通过研究多种工艺方法，采用局部加热法进行矫直[1-2]，使它恢复到原来的尺寸精度，以满足使用要求。

局部加热法矫直，又称火焰矫正法。通常使用乙炔火焰或其它火焰，将轴类工件的弯曲处局部加热，使被加热处金属受热膨胀，但由于周围金属自身温度低，因此膨胀收到阻碍。此时加热金属受到压缩应力，当压缩应力超过屈服应力时，产生压缩塑形变形，待其冷却收缩后，加热处的金属要比之前短，从而达到矫直的目的。有时为了提高矫直效率，加速金属的收缩量还可在加热处浇水冷却。在实际工作中要想更好、更快的矫直轴的弯曲变形，必须了解轴产生弯曲的原理，掌握一些矫直的方法和技巧。

2 轴类工件弯曲的原理

工件在受到外力作用后就会产生弯曲变形。变形分为弹性变形和塑性变形两大类。将一轴件两端支撑起来，在它的中间任何处向下施加一定的外力，这时轴就会向下弯曲变形。压力终止后，轴靠自身的弹力能恢复到原来的形状和尺寸精度就叫弹性变形，反之，轴不能恢复到原来的形状和尺寸精度就叫塑性变形。如图1所示。

由此可以看出，轴的弯曲变形与于施加外力的大小、速度和时间有着很重要的关系。施加的外力越大，时间越长，速度越快，超过了轴自身的弹性极限范围就会造成弯曲变形，轴的弯曲就是塑性变形的结果。因此，要把弯曲的轴矫直就要充分利用轴的塑性变形。正确掌握施加外力的大小、方向和时间三者之间的关系，保证使轴产生的塑性变形恰好抵消轴之前的弯曲变形量，从而达到矫直的目的。

3 轴件的弯曲和矫直方法

3.1 细长轴

细长轴弹性较大，而粗短轴的弹性较小，在实际工作中，细长轴比粗短轴难矫直，故应当采用分段多次矫直的方法，先矫直变形量大的，再矫直弯曲变形量小的，火焰加热时，加热面积要小，火焰要大，动作要快，防止加热的时间过长而造成矫直过渡。

3.2 多方向弯曲轴

多个方向弯曲的轴矫直时，因轴的弯曲方向跟受外力的方向是一致的，要先找准弯曲的方向，找正支撑点，把同一个方向的弯曲逐一矫直，再矫其他一方向的弯曲变形，只有这样才能保证轴矫直后的直线度。

3.3 阶梯轴

阶梯轴因轴径大小不同，弯曲后轴径小的地方变形大，轴径大的地方变形小，因此矫直时，轴径大的地方要离加热点近些，轴径小的地方离加热点远些。

3.4 粗短轴

粗短轴在用火焰加热的同时，也可以利用外力（如：千斤顶、压力机等）给它施加一个外力，以达到快速矫直的目的，但是施加外力一定要缓慢、均匀，以防止对轴件产生破坏。

4 局部加热法矫直

利用局部加热法矫直前，应先了解被矫直轴件的结构和材质，矫直后轴的机械性能有明显下降，就不宜采用这种方法。弯曲面向上，加热区形状和加热点位置必须选择正确，才能达到矫直的目的，常用的是点状加热法。

采用中性火焰加热温度一般在600℃～800℃。在暗处观察加热处为暗樱红色或樱红色。温度过低矫直效果不明显；温度过高，钢材晶粒度变粗，影响其力学性能，并造成金属材料的损伤。在加热过程中焊枪要微微抖动，不可固定在一处，并且加热时动作要敏捷，尽量缩短加热的时间。如果弯曲度过大，可分几次矫直，不可一次加热时间过长以免烧坏轴的表面。

又粗又长、弯曲度较大的轴，应在弯曲处均匀地选择多个加热点，采用多次矫直，操作时一定要避开原来的加热位置，并充分的利用外力加速矫直效果。

5 局部加热法矫直轴件的实际应用

某一大型设备的一件主轴，直径为3000mm，在搬运的过程中因事故造成距端头1000mm处弯曲变形1mm。严重影响了产品的加工精度，并多次出现废品，利用局部加热法进行矫直取得了很好的效果，满足了生产需要。具体操作方法如下：

把轴装夹在车床上，两端用顶尖顶紧，启动车床慢慢旋转，将千分表吸在床身上进行测量，找到弯曲部位与凹凸处同时测量径向圆跳动最大读数，用标记笔在轴上做好标识。找一对尺寸完全相同的V型铁放在3m工作平台上，轴架在V型铁槽中两V型铁距弯曲处距离相等，将两个千分表吸在平台上，指针调好压在轴的两端，如图2所示。

使用射吸式焊炬5号枪嘴，采用中性火焰点状加热法，在弯曲处加热到800℃，暗处观察加热处颜色为樱红色，从千分表上可以看到轴的弯曲度在逐渐增大，待弯曲度增大到约为原来的3倍时，停止加热，立即用水淋浇冷却加热处，轴就会慢慢反弹伸直。然后，把轴上多余的水份擦干，用油石磨光加热处的印迹，将轴垂直悬挂自然冷却。24小时后把轴夹到车床上用千分表测量，达到了较为理想的矫直效果。

结论

决定局部加热法矫直的主要因素是火焰的加热位置和热量的大小。热差越大矫直能力越强。当然首先要选准加热位置，位置错了会导致相反的效果，对于碳钢和普通低合金钢采用500℃～800℃的加热温度，但要防止加热的温度过高，使金属过热甚至熔化，从而破坏金属的机械性能。本文通过实际应用，采用局部加热法能较好的达到对弯曲轴件的矫直目的，为其他较为难矫直的轴类弯曲件矫直提供了依据。

参考文献

[1]彭学礼.局部加热法校正汽轮机轴[J].四川电力技术，1993（04）.

[2]唐志超，赵伟，王进军.局部加热法在汽轮机转子直轴过程中的应用[J].机械工程师，2013（05）.

[3]刘兵，梁延德，杨晶，徐力.火焰矫正工艺参数的选择[J].金属热处理，2008（06）.

[4]梁国明.制造业质量检验员手册[M].机械工业出版社，2012.

[5]张静攻，张异，汤兰凤.高级气焊工应知应会问答[M].上海交通大学出版社，1991.