軸類零件校直理論分析

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1、第19卷第4期合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)Vo1.19№41996.12JOURNALOFHEFEIUNIVERSITYOFTECHNOLOGYDec.1996軸類零件校直理論分析欽明浩張向軍蔣守仁徐業(yè)宜摘要文章主要運(yùn)用彈塑性力學(xué)的基礎(chǔ)理論,說明軸類零件彈塑性彎曲的基本原理以及壓點式反彎校直方法的基本原理。給出反彎校直過程中的力參數(shù)、工藝參數(shù)和結(jié)構(gòu)參數(shù)的計算方法。并通過實驗和數(shù)值計算加以驗證。對開發(fā)全自動液壓校直機(jī)有一定的指導(dǎo)意義。關(guān)鍵詞反彎校直;彈塑性;壓下量中圖分類號TH123.1,TB30110前言目前在我國軸類零件校直行業(yè)中,往往都是憑

2、經(jīng)驗給定壓下量和校直力,很不準(zhǔn)確。不能滿足對精度越來越高的要求,同時也不能適應(yīng)大批量生產(chǎn)的要求。隨著生產(chǎn)的發(fā)展,迫使人們創(chuàng)造一種既能提高生產(chǎn)率又能得到很好的校直效果的設(shè)備,這樣就出現(xiàn)了全自動液壓校直機(jī)。它在現(xiàn)代化的機(jī)械制造、汽車工業(yè)以及紡織機(jī)械工業(yè)等行業(yè)中占據(jù)著極其重要的地位。各種軸類加工都離不開校直機(jī)械,因此對這類設(shè)備的需求量很大。國外在80年代已開發(fā)生產(chǎn)出這類設(shè)備,而我國在這方面尚屬空白。開發(fā)此類設(shè)備的關(guān)鍵問題就是要從理論上對校直機(jī)理進(jìn)行深入的分析。從而為全自動液壓校直機(jī)的設(shè)計奠定理論基礎(chǔ)。1校直理論金屬變形超過彈性變形的極限之后,變形進(jìn)入塑

3、性階段。在這個階段,不管變形量如何增加,其彈復(fù)能力不再增加,或者有較少的增加,同時出現(xiàn)永久變形。因此準(zhǔn)確地說,這個階段應(yīng)屬于彈塑性變形階段。軸類零件的校直即屬于該彈塑性變形階段。由于彈性變形是可逆的,塑性變形是不可逆的,所以彈塑性彎曲后必然有一部分變形得到恢復(fù),另一部分被殘留下來。如圖1,D0為初始變形(可測出),Dw為反彎變形,只有當(dāng)反彎變形等于彈復(fù)變形Dt時,卸載后零件才會變直。從圖中可見,要想完成校直過程,必須確定這樣幾個參量,即:反彎變形量、壓點位置以及支點位置。1收稿日期:1996-03-18國家自然科學(xué)基金資助項目第4期欽明浩等:軸類

4、零件校直理論分析23D0為初始變形;Dw為卸載后的彈復(fù)量亦即反彎量;D2為壓下量;D2=D0+Dw圖1變形關(guān)系為了求出反彎變形量,首先我們先分析一下彈塑性彎曲時的彎矩。1.1彈塑性彎曲時的彎矩由文獻(xiàn)[1],以圓形斷面零件彎曲為例,可按圖2的應(yīng)力應(yīng)變模型求出彎矩為:Rt22M=2∫2R-ZRZdZ0R22+2∫2R-ZRtZdZRt將R=RtZ/Rt代入上式,其中Rt為應(yīng)力屈服極限,Rt為彈性區(qū)半徑。設(shè)彈區(qū)比F圖2彎曲應(yīng)力與應(yīng)變=Rt/R并代入上式得:245F21/2arcsinFM=Mt[(-)(1-F)+]P632F3其中Mt=PRRt/4。-

5、設(shè)M=M/Mt為塑彎比,即:2-45F21/2arcsinFM=[(-)(1-F)+](1)P632F--當(dāng)F→0時,M得最大值:Mmax=1.7。對于強(qiáng)化金屬,由于其屈服極限不太明顯,在塑性區(qū)內(nèi)存在著彈性增強(qiáng)現(xiàn)象,塑性區(qū)的范圍又較窄,容易出現(xiàn)表面裂紋損傷等原因。為使零件產(chǎn)生足夠的塑性變形,常須適當(dāng)加大其彎曲程度。因此,要求盡量精確的計算其彎曲力矩和其彎矩的最大值,并由此引入強(qiáng)化系數(shù):K=E′/E。由文獻(xiàn)[1]可查出幾種材料的K值。在引入強(qiáng)化系數(shù)K以后(1)式就可改寫成:2-45F21/2arcsinFKMK=(1-K)[(-)(1-F)+]+(

6、2)P632FF1.2彎曲、彈復(fù)與殘留曲率為了便于計算,我們引進(jìn)曲率。如圖3,設(shè)其原始曲率為C0,彎曲后的曲率為Cw,彈復(fù)曲率為Cf,彈復(fù)后的殘留曲率為Cc,總彎曲曲率為C2,塑性曲率為Cs。規(guī)定各曲率凹者為“+”,凸者為“-”。對于一般校直情況下,原始彎曲為上凸時,即與圖3方向相反時,C0為負(fù)。從而得各曲率的相互關(guān)系:C2=Cw-(-C0)=Cw+C0Cf=Cw-Cc24合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)1996年第19卷(4)Cs=Cc-(-C0)=Cc+C0圖3各種曲率關(guān)系圖4彎曲變形的M-C曲線有了曲率關(guān)系,我們可以作出曲率與彎矩的關(guān)系圖,如

7、圖4,由此可得變形能為:CwU=∫Mdc=Ut+UsC0其中Us為塑性變形能,圖4中陰影線部分。Ut為彈性變形能,圖中三角形部分:Ut=Mw(Cw-Cc)/2=MwCf/2式中Mw為卸載前的彎矩。圖5總曲率與彈區(qū)比的關(guān)系2由材料力學(xué)給出的彈性彎曲應(yīng)變能為:Ut=Mw/2EI,兩個彈性變形能必然相等,得:--Cf=Mw/EI,彈塑性彎曲所達(dá)到的彎矩為:Mw=MtM,故:Cf=MtM/EI,式中Mt/EI=----Ct,稱為彈性極限曲率,故:Cf=CtM,令Cf=Cf/Ct,稱為相對彈復(fù)曲率,于是有:Cf=M。-----可見,相對彈復(fù)曲率等于塑彎比,

8、即Mmin