关于直纹滚压加工装置的设计
2017-3-9 来源：齐齐哈尔轨道交通装备有限责任公司 作者：范俊超
摘要:介绍了一种直纹滚压加工装置的设计参数及关键技术，并阐述了其结构特点、工作原理、试验情况及相比传统工具的优势等，试验分析结果表明，该装置大大提高了效率，提升了质量，到达了设计要求。
关键词：滚压；直纹；多次成形
1. 滚压设备现状
现有的直纹加工方式分为刨床加工、插床加工和滚压设备等几种加工方式，其中刨床加工和插床加工效率很低，单件加工耗时长；传统滚压设备由固定装置、滚压装置组成，工作时将工件放入固定装置中固定好，再将滚压装置安装到位，由压力机压入，通过滚纹刀具在工件表面滚动使工件变形形成直纹。这种滚压方式存在以下几个问题：第一，由于工件外形尺寸误差，造成一批工件滚压完成后，直纹深度不一致，有深有浅。第二，当需要增加直纹深度时，将滚压装置取下后重新放入工作位置再次滚压时，由于工件表面已经存在直纹，故无法完全与滚轮上的纹路对齐，造成“双眼皮”现象。第三，滚压后的工件在首段和尾段部分，由于与滚轮初期接触阶段工件本身“支撑性”较差，产生了弯曲现象。结构示意如图1所示。
2. 新型滚压装置的结构设计
结合实际加工情况反应出的问题，新型装置应具备以下特点：①滚压深度可调整。②能够实现多次滚压，多次滚压时纹路不应改变。③通过改变工艺顺序，使工件加工完毕后直纹平整性一致。
（1）滚压过程
将工件装入后，通过旋转调整螺栓使中间楔块上下运动，进而推动两侧楔块向左右运动从而调整工件与滚轮相对位置(见图1中箭头)。调整完毕后，油压机进行滚压，滚压过程如图2所示，第一次滚压结束后，若直纹深度较浅，可用工具继续转动调整螺栓到合适位置（此时滚纹刀具位于工件薄壁位置可以很轻松转动螺栓），再将除底座外的其余装置整体翻转180°，以确保工件与滚纹刀具的相对位置不变，用以避免出现“双眼皮”现象。将装置放好后进行第二次滚压，滚压完成后，可以讲工件两端薄壁部分切除，来保证工件直纹的平整性。
图1 现有滚压方式简要示意
（2）设计理念
使用该装置滚压成功的关键步骤在于第二次滚压起始位置，传统方法存在的问题是第一次滚压完成时滚纹刀具和工件是分离的，再次滚压时需将工件重新装入设备，而新方法则是将其整体翻转后，在保证滚纹刀具和工件不分离的情况下再次滚压（设有限位装置），即保证了不出现“双眼皮”现象，如图3所示。
（3）滚轮材料改进
传统的滚压方式使用普通材料45钢制作滚纹刀具，由于滚压时滚轮受力比较大，滚轮经常损坏，每制作5个左右工件必须更换一次滚纹刀具，导致加工成本上升，加工效率下降。经过多次试验，最后选用Cr12Mo V作为滚轮的材料，大大延长了滚轮更换周期，每300~400个工件需要更换一次滚纹刀具。
（4）通过该装置改进工艺顺序
传统的工艺顺序，工件滚压为最后一道工序，无法避免滚压后带来的两端受力不均匀带来的变形问题，这次我们调整了加工顺序，实行滚压后再对工件两端进行切除加工的方案，可将多余的变形的部分切掉，保证了滚纹的一致性。
图3 第二次滚压起始位置示意
3. 应用前景
目前该装置已经在我厂大范围投入使用，各项指标均能达到加工要求。根据该装置的设计理念，可以逐步推广至其他零件的加工，以传统设计方法为基础，结合creo技术建立模型，利用UG有限元分析思想对该装置在实际工况进行受力分析，疲劳强度分析等，得出该装置重要部件在正常工况下的应力云图和应变云图，为其安全可靠提供依据。相信该方法在其他加工领域中中可以得到更加广泛的应用。
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