CN115612970A - 轴类零件在热喷涂中减少弯曲变形的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种轴类零件在热喷涂中减少弯曲变形的方法，本方法制作与细长轴一端连接的接长配重工装，将细长轴及其接长配重工装装夹在热喷涂用车床上，车床导轨上安置两个托轮架支顶细长轴，并放置百分表用于该点的监测；撤销车床尾座支架，通过百分表使车床尾座支架撤销前后细长轴辊面一致；采用三个百分表对细长轴辊面进行监测，通过托轮架支顶使得整个细长轴辊形的拱起弯曲量达到预变形设定值；对细长轴辊面进行热喷涂作业，并分层冷却。本方法克服传统热喷涂过程轴类零件变形的缺陷，大幅减少弯曲变形量所导致的热喷涂后圆跳动过大，为后续磨削调整提供余量保障，提高热喷涂产品的成品率。
Description
技术领域
本发明涉及热喷涂技术领域，尤其涉及一种轴类零件在热喷涂中减少弯曲变形的方法。
背景技术
热喷涂技术在航天航空、石油化工等领域被广泛应用，能在普通材料的表面制造一个特殊的工作面，使其达到防腐、耐磨、减摩、抗高温、抗氧化、隔热、绝缘、导电、防微波辐射等一系列多种功能。尤其在阀杆、阀门等关键零件上被广泛应用。
热喷涂技术是利用热源将喷涂材料加热至熔化或半熔化状态，并以一定的速度喷射沉积到经过预处理的基体表面形成涂层的方法。在此过程中会使基材（零件）表面及其内部温度升高，产生受热变形。尤其，在对细长轴类产品喷涂时，表现更为明显。
目前，行业内对于此类细长轴在热喷涂过程中，降低热喷涂变形的主要方法是采用定制的立式旋转设备，细长轴倒挂装夹，在下部悬挂重物进行热喷涂，从而降低热喷涂过程中所产生的弯曲变形问题。
但该方法不仅对热喷涂相关设备提出了非标定制的要求，极大的增加了小批量的生产成本。此外该类定制立式旋转设备也会存在因高度所限、轴类零件过长而无法使用该类设备及方法进行热喷涂的问题。但在常规横卧旋转类设备（车床）上，因无法有效解决或降低热喷涂所产生受热变形的问题，导致此类细长轴在喷涂后，产生较大的弯曲。同时，由于受热喷涂涂层厚度技术要求所限，过大的弯曲变形量会导致后续磨削等加工无法进行。即便额外采用压机矫形，也很可能因所需施压量过大，而带来局部表面喷涂层剥落或受损的风险。因此，如无法通过有效手段降低热喷涂过程中所产生的弯曲变形量，会使产品面临无法热喷涂或喷涂后报废的可能性。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种轴类零件在热喷涂中减少弯曲变形的方法，本方法克服传统热喷涂过程轴类零件变形的缺陷，大幅减少弯曲变形量所导致的热喷涂后圆跳动过大，为后续磨削调整提供余量保障，提高热喷涂产品的成品率。
为解决上述技术问题，本发明轴类零件在热喷涂中减少弯曲变形的方法包括如下步骤：
步骤一、制作与细长轴一端连接的接长配重工装，包括接长杆、若干配重环、锁紧环和螺栓，接长杆为单台阶阶梯轴，小径轴设有外螺纹、轴端设有中心沉孔，大径轴轴端沿轴向设有内孔，并且孔壁沿圆周方向间隔设有垂直轴向的螺孔，若干配重环套入小径轴，锁紧环拧入小径轴紧固若干配重环，细长轴一端插入大径轴内孔，螺栓拧入大径轴内孔孔壁的螺孔紧固细长轴；
步骤二、将细长轴及其接长配重工装装夹在热喷涂用车床上，车床卡盘夹持细长轴一端，尾座支架伸出顶尖，支顶住接长配重工装小径轴轴端的中心沉孔，车床导轨上安置两个托轮架，托轮架的轮轴表面高度略低于细长轴辊面；
步骤三、调整两个托轮架位置，将其移动至细长轴所需热喷涂长度的两端，并在两个托轮架的垂直方向上分别放置百分表，用于该点的监测；
步骤四、缓慢支顶起两个托轮架，使得托轮与细长轴辊面形成接触，并形成一定的支撑力，记录两个托轮架上部百分表的读数变化，缩进尾座支架顶尖，解除接长配重工装小径轴轴端的定位限制；
步骤五、观察两个托轮架上部百分表的读数变化，再次调整两个托轮架高度，将细长轴恢复至未缩进尾座支架顶尖前的状态；
步骤六、采用三个百分表对细长轴辊面进行监测，三个百分表分别设置于细长轴所需热喷涂长度的中心以及两侧位置的垂直方向上；
步骤七、优先调整升高靠近车床卡盘侧托轮架的高度，对细长轴形成支顶，带动靠近车床卡盘侧细长轴辊形拱起；通过增加接长配重工装小径轴上配重环的数量或重量，使得靠近小径轴一侧的细长轴辊形同样发生弯曲拱起，依此逐步增加调整，通过观察三个百分表的读数，使得整个细长轴辊形的拱起弯曲量达到预变形设定值；
步骤八、完成细长轴辊形预变形后，对细长轴辊面进行热喷涂作业，作业过程采用分层冷却，每喷涂一层或两层，采用冷风枪对辊面进行冷却吹扫，保证辊面温度降低至室温后，再进行下一层热喷涂，以降低热膨胀变形系数。
进一步，所述预变形设定值基于此前细长轴热喷涂后的弯曲平均值，取弯曲平均值的30%～40%作为预变形设定值。
由于本发明轴类零件在热喷涂中减少弯曲变形的方法采用了上述技术方案，即本方法制作与细长轴一端连接的接长配重工装，将细长轴及其接长配重工装装夹在热喷涂用车床上，车床导轨上安置两个托轮架支顶细长轴，并放置百分表用于该点的监测；撤销车床尾座支架，通过百分表使车床尾座支架撤销前后细长轴辊面一致；采用三个百分表对细长轴辊面进行监测，通过托轮架支顶使得整个细长轴辊形的拱起弯曲量达到预变形设定值；对细长轴辊面进行热喷涂作业，并分层冷却。本方法克服传统热喷涂过程轴类零件变形的缺陷，大幅减少弯曲变形量所导致的热喷涂后圆跳动过大，为后续磨削调整提供余量保障，提高热喷涂产品的成品率。
附图说明
下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明：
图1为本方法中接长配重工装结构示意图；
图2为本方法中细长轴与接长配重工装装夹于车床示意图；
图3为本方法中细长轴在车床上调整辊面拱起量示意图。
具体实施方式
实施例如图1、图2和图3所示，本发明轴类零件在热喷涂中减少弯曲变形的方法包括如下步骤：
步骤一、制作与细长轴1一端连接的接长配重工装2，包括接长杆21、若干配重环22、锁紧环23和螺栓24，接长杆21为单台阶阶梯轴，小径轴211设有外螺纹、轴端设有中心沉孔212，大径轴213轴端沿轴向设有内孔214，并且孔壁沿圆周方向间隔设有垂直轴向的螺孔215，若干配重环22套入小径轴211，锁紧环23拧入小径轴211紧固若干配重环22，细长轴1一端插入大径轴213内孔214，螺栓24拧入大径轴213内孔孔壁的螺孔215紧固细长轴1；
步骤二、将细长轴1及其接长配重工装2装夹在热喷涂用车床上，车床卡盘31夹持细长轴1一端，尾座支架32伸出顶尖，支顶住接长配重工装2小径轴轴端的中心沉孔212，车床导轨上安置两个托轮架4，托轮架4的轮轴表面高度略低于细长轴1辊面；
步骤三、调整两个托轮架4位置，将其移动至细长轴1所需热喷涂长度的两端，并在两个托轮架4的垂直方向上分别放置百分表5，用于该点的监测；
步骤四、缓慢支顶起两个托轮架4，使得托轮与细长轴1辊面形成接触，并形成一定的支撑力，记录两个托轮架4上部百分表5的读数变化，缩进尾座支架32顶尖，解除接长配重工装2小径轴轴端的定位限制；
步骤五、观察两个托轮架4上部百分表5的读数变化，再次调整两个托轮架4高度，将细长轴1恢复至未缩进尾座支架32顶尖前的状态；
通常在松开尾座支架顶尖后，因原先支顶力的消失，细长轴在托轮架处也会相应的产生一定下垂现象，垂直于托轮架上的百分表读数将会发生变化，再次调整托轮架高度，将细长轴恢复至原先未松开尾座支架顶尖前的状态；
步骤六、采用三个百分表5对细长轴1辊面进行监测，三个百分表5分别设置于细长轴1所需热喷涂长度的中心以及两侧位置的垂直方向上；
步骤七、优先调整升高靠近车床卡盘31侧托轮架4的高度，对细长轴1形成支顶，带动靠近车床卡盘31侧细长轴1辊形拱起；通过增加接长配重工装2小径轴上配重环的数量或重量，使得靠近小径轴一侧的细长轴1辊形同样发生弯曲拱起，依此逐步增加调整，通过观察三个百分表的读数，使得整个细长轴1辊形的拱起弯曲量达到预变形设定值；
步骤八、完成细长轴1辊形预变形后，对细长轴1辊面进行热喷涂作业，作业过程采用分层冷却，每喷涂一层或两层，采用冷风枪对辊面进行冷却吹扫，保证辊面温度降低至室温后，再进行下一层热喷涂，以降低热膨胀变形系数。
优选的，所述预变形设定值基于此前细长轴1热喷涂后的弯曲平均值，取弯曲平均值的30%～40%作为预变形设定值。
本方法中细长轴的热喷涂过程中，驱动细长轴旋转的常规设备依旧采用车床，细长轴通过接长配重工装装夹于车床，撤销车床尾座支架顶尖对接长配重工装定位后，通过两个托轮架对细长轴进行支顶，对细长轴预调辊形状态，然后通过两个托轮架支顶细长轴，使得整个细长轴辊形的拱起弯曲量达到预变形设定值，即可对细长轴辊面进行热喷涂作业，作业过程采用分层冷却；热喷涂作业后拆卸细长轴，其弯曲变形满足后续加工要求。
本方法中接长配重工装可起到对细长轴辊形姿态微调的作用，配重环外形为环形，设计有有多种厚度及重量，可根据所需调整的辊形姿态进行配重调整；细长轴连同接长配重工装预装夹于车床的目的是参照热喷涂后道磨床工序的装夹方式，获得后续反变形的原始状态数据依据；在两处托轮架调整完毕后，松开尾座支架顶尖，解除该点定位限制的目的是为了避免在热喷涂过程中，因细长轴表面及其内部温度升高，轴向方向在延伸时，受到尾座支架支顶的限制，无法获得自然伸展，从而引起细长轴发生弯曲变形的问题；
以阀杆为例，该阀杆为实体锻件，左侧头部是170×170锥形方块，长度约为100mm。中间有两段台阶轴，其中靠锥形方块的一端直径φ115，长度约545mm，剩余一段是轴径为φ95外圆轴，该轴外圆表面需要进行热喷涂，长度约1835mm，尾部设有M80×4螺纹，长度160mm，整件阀杆总长约为：2670mm。
虽然在热喷涂过程中，已多次调整了原有热喷涂工艺参数，但所试制的5件阀杆在热喷涂后均产生较大的弯曲。上机检测结果：普遍弯曲在1mm以上。其中，最大全件弯曲在1.3mm，全跳动达到2.6mm，无法满足后续磨削加工条件的要求。
即便额外采用压机进行矫形修整，但存在很大的技术风险，由于存在较大的弯曲变形量，在施压的过程中也相应的需要施加较大的施压量，这样很有可能导致施压位置的阀杆局部表面热喷涂涂层剥落或受损，影响阀杆质量，严重的导致阀杆报废。
采用本方法实施阀杆热喷涂作业后，极大减少了阀杆在热喷涂过程中的弯曲变形，降低圆跳动和直线度，热喷涂后的阀杆全跳动均在0.3mm以下，完全满足后续阀杆的磨削加工需求，解决了轴类零件在热喷涂过程中的瓶颈问题，为轴类零件的热喷涂批量化生产起到了积极推动作用。
Claims (2)
1.一种轴类零件在热喷涂中减少弯曲变形的方法，其特征在于本方法包括如下步骤：
步骤一、制作与细长轴一端连接的接长配重工装，包括接长杆、若干配重环、锁紧环和螺栓，接长杆为单台阶阶梯轴，小径轴设有外螺纹、轴端设有中心沉孔，大径轴轴端沿轴向设有内孔，并且孔壁沿圆周方向间隔设有垂直轴向的螺孔，若干配重环套入小径轴，锁紧环拧入小径轴紧固若干配重环，细长轴一端插入大径轴内孔，螺栓拧入大径轴内孔孔壁的螺孔紧固细长轴；
步骤二、将细长轴及其接长配重工装装夹在热喷涂用车床上，车床卡盘夹持细长轴一端，尾座支架伸出顶尖，支顶住接长配重工装小径轴轴端的中心沉孔，车床导轨上安置两个托轮架，托轮架的轮轴表面高度略低于细长轴辊面；
步骤三、调整两个托轮架位置，将其移动至细长轴所需热喷涂长度的两端，并在两个托轮架的垂直方向上分别放置百分表，用于该点的监测；
步骤四、缓慢支顶起两个托轮架，使得托轮与细长轴辊面形成接触，并形成一定的支撑力，记录两个托轮架上部百分表的读数变化，缩进尾座支架顶尖，解除接长配重工装小径轴轴端的定位限制；
步骤五、观察两个托轮架上部百分表的读数变化，再次调整两个托轮架高度，将细长轴恢复至未缩进尾座支架顶尖前的状态；
步骤六、采用三个百分表对细长轴辊面进行监测，三个百分表分别设置于细长轴所需热喷涂长度的中心以及两侧位置的垂直方向上；
步骤七、优先调整升高靠近车床卡盘侧托轮架的高度，对细长轴形成支顶，带动靠近车床卡盘侧细长轴辊形拱起；通过增加接长配重工装小径轴上配重环的数量或重量，使得靠近小径轴一侧的细长轴辊形同样发生弯曲拱起，依此逐步增加调整，通过观察三个百分表的读数，使得整个细长轴辊形的拱起弯曲量达到预变形设定值；
步骤八、完成细长轴辊形预变形后，对细长轴辊面进行热喷涂作业，作业过程采用分层冷却，每喷涂一层或两层，采用冷风枪对辊面进行冷却吹扫，保证辊面温度降低至室温后，再进行下一层热喷涂，以降低热膨胀变形系数。
2.根据权利要求1所述的轴类零件在热喷涂中减少弯曲变形的方法，其特征在于：所述预变形设定值基于此前细长轴热喷涂后的弯曲平均值，取弯曲平均值的30%～40%作为预变形设定值。
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