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1、螺栓圆角滚压工艺分析及数控圆角滚压机研制务IlI5似螺栓圆角滚压工艺分析及数控圆角滚压机研制TheanalysisofprocessesandthedevelopmentofNCmachineforrollingroundsofbolts陈家兑.刘勇,田丰果.王自勤CHENJia-dui,LIUYong,TIANFeng-guo,WANGZi.qin(贵州大学,贵阳550003)摘要:分析了影0向螺栓圆角滚压的主要工艺参数.在此基础上,提出了螺栓圆角滚压的合理工艺过程和要求,研制了数控螺栓圆角滚压机.该设备采用了数控,伺服驱动,变频调速和触摸屏人机交互等技术,实现了螺栓圆角滚压工艺过
2、程的自动控制.实际生产检验表明,该设备具有工艺参数控制精度高,生产效率高,适应性好,运行平稳,操作维护简单,环境友好等特点,适合于各种规格的高强度螺栓的单件试验及大批量生产.关键词:螺栓;滚压;数控中国分类号:TH162文献标识码:A文章编号:1009-0134(2011)6(下)-0072-04Doi:10.3969/J.issn.1009-0134.2011.6(下).240引言随着航空,航天,高速列车,高级乘用车等行业的蓬勃发展,各领域对高强度螺栓的要求越来越高.螺栓头下圆角处是应力集中点,是发生疲劳断裂的危险截面之一.对螺栓头下圆角部位采取冷滚压工艺,是大幅度地提高螺栓的疲劳
3、强度的重要手段u.目前,国内对螺栓头下圆角滚压多采用钻床加装辅助工装,手工操作.使得生产中存在工艺参数不确定,不稳定,产品一致性差,工人劳动强度大等缺点.对于大飞机等重大项目,对高温合金,钛合金等特种螺栓提出的技术要求就更高,上述加工方式很难实现.因此,研究螺栓圆角滚压工艺,研制与高强度螺栓圆角滚压大批量生产模式相适应的高性能专用生产装备,解决企业在高强度螺栓生产中的技术及装备瓶颈,具有重要意义.1螺栓圆角滚压工艺及影响因素分析1.1螺栓圆角滚压原理对螺栓圆角的冷滚压是利用金属材料冷变形加工硬化的特性,通过滚压工具对圆角部位的回转滚压,使其表层材料在压应力作用下产生塑性变形,使表层晶
4、粒组织致密,减小表面粗糙度,纤维保持连续流畅的状态,同时产生冷作硬化现象,在表面产生有利的残余压应力,从而提高螺栓的抗疲劳强度和可靠性.1.2螺栓圆角变形要求高强度螺栓的头下圆角经滚压后的变形量需要严格控制.如图l所示,为螺栓头下圆角滚压变形示意图,为了满足提高疲劳强度的要求,相关标准中,对螺栓头下圆角的滚压变形量有严格规定,如图l中:A,B,C等.圆角滚压的基本要求是确保滚压深度尺寸B,又保证圆角两侧与螺栓杆部,端部过渡光滑.图1螺栓头下圆角滚压变形示意图图2滚压夹具图收稿日期:2011-02-14基盒项目:贵州省科技重大专项(20086025)作者简介:陈家兑(1979一),男,
5、讲师,硕士,研究方向为制造技术,CAE技术.【72】第33卷第5期2011-6(下)l匐化1.3影响圆角滚压尺寸的主要参数分析螺栓圆角的塑性变形受螺栓材料的性能,滚压前圆角几何尺寸及其公差,热处理情况等多因素的影响.通过大量试验研究表明,在工艺参数中影响圆角变形量的主要参数是滚压力,滚压转速及滚压时间'.1)滚压力:滚压力是螺栓圆角产生塑性变形的直接原因,也是影响产品加工质量的主要参数.滚压力加载过大,导致变形量过大,滚压变形量控制参数A,B,C可能超差;滚压力加载太小,圆角变形量过小,达不到提高螺栓疲劳强度的预期效果.滚压力在圆角滚压过程中是一个动态的变化过程,受到螺栓本身的材料性
6、能,圆角几何尺寸及其公差和变形程度,加载方式及其稳定性等因素的影响.此外,滚压过程还是一个包含了塑性变形,弹性变形的复杂变形过程.因此,滚压力的控制极为重要并有一定难度.2)滚压转速:对于不同的材料性能,热处理,直径尺寸和圆角尺寸的螺栓,在不同的滚压力作用下有不同的变形速度要求.因此,滚压转速必须根据螺栓的材料性能,热处理,直径尺寸,圆角尺寸,滚压力以及加工效率进行合理选择.滚压转速过快,材料变形不充分,变形反弹大,达不到变形量要求;反之,加工效率低下.3)滚压时间:滚压时间是影响滚压变形量,表面质量的一个重要参数.滚压时间过长,效率低下,滚压部位可能出现起皮,表面质量反而下降;而滚
7、压时间过小,变形量不足,表面质量低.为此,为了保证圆角滚压的塑性变形量,批量生产时滚压质量的稳定,必须合理控制滚压时间.2数控圆角滚压机研制2.1数控圆角滚压机工作原理经过研究分析以及与相关企业进行充分研讨,研制出了适应高强度螺栓大批量,现代化生产的专用数控生产装备.数控圆角滚压机由主机,滚压夹具和控制系统组成,如图2,3,4所示.工作时,变频电机驱动主轴做回转运动,并可根据加工螺栓的材料性能,热处理,直径尺寸,圆角尺寸,滚压力以及合理的加工效率等因素所需
