一种校直轴的方法和校直工装与流程

本发明涉及零件校直领域，尤其涉及一种校直轴的方法。本发明还涉及一种应用于上述校直轴的方法的校直工装。

背景技术：

轴在加工制造过程中稍有不慎就会弯曲，尤其是对于细长轴而言，以长度为3m、直径为400mm的轴为例，在热处理淬火过程中极易导致轴的弯曲，而弯曲的轴如不能在保证其使用性能的前提下精确的将其校直到合理范围内就只能作报废处理，进而造成较大的经济损失。

为此，如何精确的校直轴，成为本领域技术人员亟待解决的问题。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种校直轴的方法，既可以达到校直目的，还能够保证其使用性能。本发明的另一目的是提供一种校直工装，可结合上述方法进行校直。

为实现上述目的，本发明提供一种校直轴的方法，包括：

获取待校直轴的弯曲变形量；

根据所述弯曲变形量得到校直待校直轴所需的载荷；

将所述载荷加载于待校直轴的弯曲方向的反向；

加热待校直轴、用以使待校直轴高温蠕变以实现反弯曲变形；

卸除所述载荷。

优选地，所述获取待校直轴的弯曲变形量的步骤具体包括：

将待校直轴装卡于车床；

对待校直轴找正、以得到待校直轴的节圆跳动位置和所述节圆跳动位置对应的跳动量；

根据所述节圆跳动位置和所述跳动量计算待校直轴的弯曲变形量。

优选地，所述根据所述弯曲变形量得到校直待校直轴所需的载荷的步骤具体为：

根据所述弯曲变形量计算初始过盈量；

根据所述初始过盈量确定理论过盈量和理论弯矩、以使所述初始过盈量与所述理论过盈量的矢量和满足目标过盈量，且所述理论过盈量大于待校直轴的屈服强度；

根据所述理论弯矩确定校直待校直轴所需的载荷。

优选地，所述理论过盈量为：

σ＝m/0.1d³，

其中，σ为理论过盈量，m为施加于待校直轴上的理论弯矩，d为待校直轴的直径。

优选地，所述将所述载荷加载于待校直轴的弯曲方向的反向的步骤具体包括：

将待校直轴水平装卡于校直工装、用以使待校直轴的弯曲方向朝上设置；

将重物固定于待校直轴的上方、以实现将所述载荷加载于待校直轴的弯曲方向的反向。

优选地，所述加热待校直轴、用以使待校直轴高温蠕变以实现反弯曲变形的步骤与所述卸除所述载荷的步骤之间还包括：

将轴冷却至室温；和/或

所述卸除所述载荷的步骤之后还包括：

测量并计算校直后的轴的实际过盈量；

比较所述实际过盈量是否满足所述目标过盈量，若否，则令初始过盈量等于实际过盈量，并返回所述根据初始过盈量确定理论过盈量和理论弯矩、以使所述初始过盈量与所述理论过盈量的矢量和满足目标过盈量，且所述理论过盈量大于待校直轴的屈服强度的步骤；若是，则

低温回火处理轴。

本发明还提供一种校直工装，应用于上述校直轴的方法，包括：

用以水平固定待校直轴的校直底座；

用以自固定于所述校直底座上的待校直轴的上方向下施加载荷的重物。

优选地，还包括：

设于所述重物的下方且上端面与所述重物接触、下端面用以与待校直轴的侧壁的曲面贴合的弧度平衡块；

设于所述校直底座与所述重物之间、用以与所述弧度平衡块共同支撑所述重物的支撑块。

优选地，所述重物沿水平面内的截面呈正三角形；

所述支撑块的数目具体为两个，两个所述支撑块和一个所述弧度平衡块分别设置于所述重物的三个顶点处。

优选地，所述校直底座包括：

平直底座；

多个可拆卸地固定于所述平直底座的上端面且同轴设置、用以自上而下卡放轴的支撑座；任一所述支撑座具有向下凹陷、用以紧贴待校直轴的内曲面。

相对于上述背景技术，本发明所提供的校直轴的方法利用高温状态下材料的屈服强度低于常温状态下材料的屈服强度的特点，并结合州的弯曲变形情况，借助加载装置将载荷施加于待校直轴的弯曲方向的反向，并将加载装置和待校直轴加热以达到机械校直的目的。简而言之，上述方法采用高温蠕变反弯曲的原理，通过合理设置施加于待校直轴的载荷能够确保轴在高温下反向弯曲，既不会造成待校直轴的性能受损，而且校直精度高。

本发明所提供的校直工装适用于上述校直轴的方法，能够在校直待校直轴的过程中固定待校直轴并向待校直轴的弯曲方向的反向施加合理的载荷，其中，校直底座位于待校直轴的下方、用于水平固定待校直轴以实现待校直轴的弯曲方向朝向上方，一旦重物朝向待校直轴的弯曲方向的反向压下且达到理论校直量时，轴的底面与校直底座接触、以避免校直过度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例所提供的第一种校直轴的方法的流程示意图；

图2为本发明实施例所提供的第二种校直轴的方法的流程示意图；

图3为本发明实施例所提供的第三种校直轴的方法的流程示意图；

图4为本发明实施例所提供的第四种校直轴的方法的流程示意图；

图5为本发明实施例所提供的校直工装的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为了使本技术领域的技术人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

请参考图1至图5，图1为本发明实施例所提供的第一种校直轴的方法的流程示意图；图2为本发明实施例所提供的第二种校直轴的方法的流程示意图；图3为本发明实施例所提供的第三种校直轴的方法的流程示意图；图4为本发明实施例所提供的第四种校直轴的方法的流程示意图；图5为本发明实施例所提供的校直工装的结构示意图。

本发明提供一种校直轴的方法，包括：

s1：获取待校直轴01的弯曲变形量；

s2：根据弯曲变形量得到校直待校直轴01所需的载荷；

s3：将载荷施加于待校直轴01的弯曲方向的反向；

s4：加热待校直轴01、用以使待校直轴01高温蠕变以实现反弯曲变形；

s5：卸除载荷。

本申请所提供的校直轴的方法采用高温蠕变反弯曲变形，也就是说，利用待校直轴01在高温状态下其材质的屈服强度较低的特点，向待校直轴01的弯曲方向的反向施加载荷，从而消除待校直轴01的弯曲。通常校直后的轴的状态可分为两种情况：一、校直后的轴无弯曲；二、校直后的轴仍然存在弯曲，但此时的弯曲变形量满足轴的安装需求。

在校直待校直轴01前，需要对待校直轴01当前的弯曲状态加以分析，例如一个待校直轴01上存在几个相对于待校直轴01的理论中心线弯曲的极点，也可以说是一个待校直轴01上存在几段弯曲，当然，弯曲状态除了弯曲的数量还应当包括用以描述各段弯曲的矢量，例如弯曲方向和弯曲的程度。综上，待校直轴01的弯曲的数量、弯曲方向和弯曲程度可以用弯曲变形量来衡定，也就是说，在校直待校直轴01前需要测量待校直轴01的弯曲变形量。需要说明的是，前述待校直轴01不单单指光轴，还包括其他以待校直轴01作为组成结构之一的零部件，例如齿轮轴。

当测量得到待校直轴01的弯曲变形量后，就可以以校直后无弯曲作为校直的理想状态，并根据前述弯曲变形量计算能够将待校直轴01校直到理想状态下所需要施加的载荷，包括载荷的大小和载荷的方向；进而将载荷加载于待校直轴01，并将施加载荷的加载装置和待校直轴01同时加热、以降低待校直轴01的屈服强度，从而实现在待校直轴01的屈服强度较低时利用施加于待校直轴01上的载荷将待校直轴01校直到理想状态；当待校直轴01在高温下静置一段时间，且弯曲部分得以改善甚至完全校正平直后，将施加于轴的载荷卸载，完成校直。

考虑到施加载荷的加载装置与待校直轴01需要同时加热，因而施加载荷的装置通常采用耐高温的负重块，利用负重块自身的重力向待校直轴01的弯曲方向的反向施加载荷。当然，也可设置其他能够向待校直轴01的弯曲方向的反向加载载荷的加载装置，只要能够确保该加载装置耐高温且能够向待校直轴01施加定值的载荷即可。显然，如果采用负重块作为施加载荷的装置，则需要保证负重块与待校直轴01的相对位置，也即需要对待校直轴01和负重块进行安装固定，以确保处于加热状态下的待校直轴01的弯曲方向竖直朝上，且负重块对待校直轴01施加的载荷的方向竖直朝下。

相比于现有的校直轴的方法，本发明所提供的校直轴的方法采用高温蠕变反弯曲校直待校直轴01，因高温下待校直轴01的屈服强度小，向其施加的用以校直的载荷小，不会对待校直轴01造成损伤；且卸载后的弹复量小，既可以实现大幅度校直，也可实现小幅度校直，简而言之，该校直轴的方法能够实现较大的校直范围且校直精度高。

下面结合附图和实施方式，对本发明所提供的校直轴的方法做更进一步的说明。

获取待校直轴01的弯曲变形量的步骤具体包括：

s11：将待校直轴01装卡于车床；

s12：对待校直轴01找正以得到待校直轴01的节圆跳动位置和节圆跳动位置对应的跳动量；

s13：根据节圆跳动位置和跳动量计算待校直轴01的弯曲变形量。

获取待校直轴01的弯曲变形量的具体方式不唯一，可根据待校直轴01的安装需求合理选择，以下以车床找正作为获取待校直轴01的弯曲变形量的方式为例进行说明。

将待校直轴01装卡于车床，启动车床，使装卡有待校直轴01的三爪卡盘和顶针旋转以带动待校直轴01旋转，并使车床的划针对齐工件的表面，根据划针与待校直轴01表面之间的间隙进行找正。

由于待校直轴01的弯曲部分在旋转时会形成较大的回转面，会使划针与待校直轴01表面之间的间隙减小进而接触，此时根据校正表表盘的数值变化情况可获取校正表表盘数值波动的最大值，此时划针对应的待校直轴01的位置即为节圆跳动位置，而根据该位置下校正表表盘的数值可计算得到待校直轴01当前位置的跳动量，也即节圆跳动位置所对应的跳动量。根据前述测得的待校直轴01的节圆跳动位置和节圆跳动位置所对应的跳动量可计算的到待校直轴01的弯曲变形量，包括挠度和转角。

根据弯曲变形量得到校直待校直轴01所需的载荷的步骤具体为：

s21：根据弯曲变形量计算初始过盈量；

s22：根据初始过盈量确定理论过盈量和理论弯矩、以使初始过盈量与理论过盈量的矢量和满足目标过盈量，且理论过盈量大于待校直轴01的屈服强度；

s23：根据理论弯矩确定校直待校直轴01所需的载荷。

考虑到即使在高温情况下校直，卸除载荷后轴仍然会产生极小幅度的弹复量，因而将待校直轴01校直到无弯曲状态也即理想状态的难度很大，因此通常将待校直轴01校直到满足安装需求即可。

具体来说，可将待校直轴01与用以安装待校直轴01的零部件的安装孔之间的过盈量视为初始过盈量，只要通过校直减小初始过盈量以实现校直后的轴能够按要求装配到安装孔中即可，而这一轴与孔配合的安装范围可视为目标过盈量，也就是说，只要保证校直后的轴与安装孔的过盈量满足目标过盈量即可。

综上，在计算校直待校直轴01所需的载荷时，需要利用待校直轴01的弯曲变形量，也即挠度和转角计算待校直轴01与安装孔装配时的初始过盈量，并根据该待校直轴01的使用场合确定其目标过盈量；而理论过盈量则可视为将待校直轴01从初始过盈量校直到完全平直或者满足目标过盈量的任一数值，也就是说，理论过盈量与初始过盈量的矢量和等于0或者理论过盈量与初始过盈量的矢量和满足目标过盈量，显然，这一理论过盈量应当大于待校直轴01的屈服强度才能实现高温下的校直。

其中，理论过盈量为：

σ＝m/0.1d³，

其中，σ为理论过盈量，m为施加于待校直轴01上的理论弯矩，d为待校直轴01的直径。根据理论过盈量这一公式所涉及的三个参数的关系可确定满足条件的理论过盈量所对应的理论弯矩的值；具体来说，理论过盈量σ为预先确定的值，待校直轴01的直径为测量值，施加于待校直轴01上的理论弯矩m则为施加于待校直轴01载荷的关联值，根据理论过盈量σ计算可得到理论弯矩m，进而根据理论弯矩m计算校直待校直轴01所施加的载荷。

进一步的，将载荷加载于待校直轴01的弯曲方向的反向的步骤具体包括：

s31：将待校直轴01水平装卡于校直工装、用以使待校直轴01的弯曲方向朝上设置；

s32：将重物2固定于待校直轴01的上方、以实现向待校直轴01的弯曲方向的反向施加载荷。

这一实施例中，用于向待校直轴01的弯曲方向的反向施加载荷的重物2具体选用负重块，为了方便固定负重块与待校直轴01之间的位置，可将待校直轴01水平固定于校直工装；同时令待校直轴01的弯曲方向朝上设置，以便负重块利用自身重力向下施加压力。

其中，校直工装的设置方式不唯一，只要能够提供待校直轴01水平固定的支撑作用即可，例如自下而上装卡或者两端夹持等。考虑到待校直轴01存在校直过度的问题，优选采用自下而上的装卡方式，也就是说，当负重块向待校直轴01的弯曲方向的反向施加载荷时，待校直轴01的弯曲部分逐渐向下收缩，直至平直，一旦原本弯曲的部分的下表面与校直工装接触，则校直工装对轴提供竖直向上的支撑力、以避免校直过度。

在上述实施例的基础上，加热待校直轴01、用以使待校直轴01高温蠕变以实现反弯曲变形的步骤与卸除载荷的步骤之间还包括：

s50：将轴冷却至室温；和/或

卸除载荷的步骤之后还包括：

s6：测量并计算校直后的轴的实际过盈量；

s7：比较实际过盈量是否满足目标过盈量，若否，则令初始过盈量等于实际过盈量，并返回步骤s22；若是，则进入

s8：低温回火处理轴。

由于高温蠕变反弯曲变形这一校直方法中的校直效果受待校直轴01自身的尺寸和材质、待校直轴01的固定方式、负重块所施加的载荷、校直的时长以及加热温度等多个因素的影响，因而校直后的轴与安装孔的实际过盈量可能并不满足目标过盈量，为此，在卸除载荷的步骤之后还包括将轴冷却到室温，继而对冷却后的轴再次找正以确定其实际过盈量，比较该实际过盈量是否满足目标过盈量，如果满足则完成校直，对于一些精确要求较高的轴还可进行进一步进行低温回火处理，以保证其结构性能；如果不满足则需要重复校直过程，也即进行二次校直。

本发明所提供的校直轴的方法利用高温蠕变反弯曲的原理，通过合理设置重物2施加于待校直轴01的载荷能够确保待校直轴01在高温下反向弯曲，既不会造成待校直轴01的性能受损，而且校直精度高、校直范围广。

本发明还提供一种校直工装，包括校直底座1和重物2，校直时将待校直轴01水平固定于校直底座1上且使待校直轴01的弯曲方向朝上固定，再将重物2固定于待校直轴01的上方、以实现重物2向待校直轴01的弯曲方向反向施加载荷。

当需要校直的待校直轴01采用前述校直工装固定后，可将待校直轴01和校直工装同时加热，加热装置可采用加热炉等炉体结构、以便将重物2、待校直轴01和校直底座1完全置于加热炉的加热腔内，确保待校直轴01在校直过程中的温度恒定，进而保证待校直轴01的微观结构组织的状态稳定。

需要说明的是，为了避免待校直轴01与校直底座1或者重物2在高温情况下粘结，校直底座1与重物2应当选用比待校直轴01的材质更耐高温的材质，或者可以在校直底座1用以接触待校直轴01的上端面和重物2用以接触待校直轴01的下端面涂覆耐高温涂层。

考虑到待校直轴01与重物2接触的面为曲面，为了方便固定待校直轴01与重物2之间的相对位置，该校直待校直轴01的设备还包括设于重物2的下方且上端面与重物2接触、下端面用以与待校直轴01侧壁的曲面贴合的弧度平衡块3和设于校直底座1与重物2之间、用以与弧度平衡块3共同支撑重物2的支撑块4。简单来说，重物2依靠支撑块4和弧度平衡块3共同实现固定，其中，支撑块4固定于重物2的下端面与校直底座1的底板的上端面，而弧度平衡块3固定于重物2的下端面与待校直轴01的弯曲部分的上端面。

支撑块4的数目优选为两个，且两个支撑块4与弧度平衡块3不共线，因此前述两个支撑块4和弧度平衡块3对重物2的支撑可视为三点支撑；显然，由三个支点支撑的重物2施加于待校直轴01的载荷小于重物2的自重，为了方便计算重物2实际施加于待校直轴01的载荷，重物2沿水平面内的截面优选为正三角形，进而将两个支撑块4和一个弧度平衡块3分别固定于重物2的三个顶点处。

进一步的，校直底座1包括平直底座11和多个可拆卸地固定于平直底座11的上端面且同待校直轴01设置、用以自上而下卡放待校直轴01的支撑座12；其中，任一支撑座12具有向下凹陷、用以紧贴待校直轴01的内曲面。将待校直轴01固定于多个支撑座12时，可根据待校直轴01的直径对支撑座12的型号进行选择，具体来说，支撑座12具有向下凹陷的曲面，不同类型的支撑座12的曲面的曲率半径用于匹配不同的待校直轴01的直径，固定待校直轴01时需要选择与待校直轴01朝下的曲面相贴合的支撑座12，从而保证待校直轴01的上方施加载荷时待校直轴01不会朝水平两侧偏移；进而还可根据待校直轴01的长度以及待校直轴01的弯曲部分所在的位置对多个支撑座12之间的间距进行调整。

任一支撑座12与平直底座11之间的可拆卸连接具体可采用紧固件实现，还可以在平直底板的上端面设置凹槽，通过凹槽与任一支撑座12的底端的过盈配合实现固定。

以上对本发明所提供的校直轴的方法和校直工装进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。