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芏学伟等。皮带轮旋压的现状和来来 皮带轮旋压的现状和未来 山东省科学院新材料所王举俸西南技术工程研究所洪窭 U l I I 对皮带轮的几种加工方法进行了对比进而说明了旋压皮带轮的特 点。对旋压皮带轮的工艺流程，旋压成形原理爰国内外的应用情况作了介绍。预 测了旋压皮带轮的潜在市场，应用前景和发晨趋势。1 B i 言 关 翊，板材旋压皮 带轮 机械莉造业中普遍存在的问题是如何大 量地节 省原 材料，降低产品重盛，减少制造 成本及能源消耗，延长使用寿命 t提高产品 质量，减少加工 时。这些 问题的解决，最 终大都归结为基础零部件的优佑。由于三角 皮 带传 动是机槭传动 中最常见的传动形式 之 一，V形皮带轮 则是皮带 传动 中应 用最广 泛 的基础机械零伟，因此，如何解决好V 形 皮 带轮的优化，对促进机械行业的发展，具有 重要 的意义。但在实际生产 中，降低产 品重 rS=2(O l-O)=2(i n v 口 l i n v 口)i n c a t=寺+a 式 中s 分度圊齿厚，分度圆半径 口分 度圆压力角；通过盍 表，算出q。由于C点在新 开线 虽，节省原材料往往 同提高产品 质量，降 低 产品成本相矛盾，很难 同时兼顾。而 旋压 V 形皮带轮的 出现 则打破 了这 一僵 局。同传 统 工艺相比，它 能节 省原 材料及降低重 量7 0 嘶 以上，生产效率可 提高 几十倍，降低生产 成 本3 5 嘶同 时可 提高产 品的传统质量，而且 整 个生产过 程工艺稳 定，成 品 率 高，能 耗 低，无 污染。因而引起 了人们 的极大兴趣和 关注。本文将对V 形 皮带轮旋压技术的发晨 作一简要 的介绍。-本文于 1 9 9 0 年1 i 月2 3 日收到 上，根据 撕开缦方 程得：O C=(r b-基圆半径)C OS“、一 这 样就算 出了C点(交点)的坐标 4 绪 论 此方法简单，易学，具有较大的适甩价 值，在我们 为某广加工石英 钟表齿轮 横具 时 得到了很好的应用，使 犏程速度和加工效率 大大 提高。维普资讯 金属成形工艺V。1 9 1 9 9 1 年 2 2 V形皮带轮加工工艺的发展 2 1 传统 加工 工艺的不 足 V形皮 带艳应 用历 史最长，目前国内最 常见 的是铸 铁皮带轮。其加 工工艺为铸造毛 坯后进行 机械 加工。由于其工艺所限，必然 造成产品重量 及传动 惯量大，材料消耗多且 利用率不 高，加工工 时长，对环境有 污染。因而铸造皮带轮能 耗多，成 本高。而且 由于 在 铸造 时易 出现缺 陷，所 以皮 带轮 的动 平衡 差，难 以保证 高速 运转的传动 系 统 的 稳定 性。铸造 皮带 轮除 了 由于其 大的传动惯量使 传动 系统的能 耗增加，而且在 频繁起制 动的 系统(如发动机)中，也会影 响传动轴及三 角带 的寿命，并降 低起 制 动 的 灵敏性。因 此，许多年前人们 就 巳开始 探索如何 改进皮 带轮 加工质量，进行 结构和工 艺 技 术 的优 化。目前结构 优化蜘最崖方案是把铸造形 式 的皮带轮改为 中空钢 板结构，并用 各种 工艺 去实现。这种结构可以充分发挥材料的抗扭 抗弯能力，以最少的材料实现所要 求的刚度 和强度。因而 可以大大降低产 品重 量，提高 材料利用率，降低生产成本。为实现这种结 构，巳采用的几 种加工工艺有冲压 铆焊，液 压胀形 等。冲压铆焊技术 是先 冲压 成两 瓣再 用个 中心套(有 时不用)把两瓣结 台成一体。冲 压的两瓣合格零件搭在一起形成V形 橹角的 精度几乎 完全取决 于装配。同时 以焊接 式 铜焊方法把两瓣结合在起，零件受热极易 产 生歪 斜，需要 增加定径工廖。若要满足 今 天 自动化工业 对皮带轮精度 的要求 剐两瓣 的搭 配精度必须很 高。从理 论上 讲，冲压 铆 焊法工艺简单且生产效率高但实际上皮带 轮的径向跳动和侧向偏摆很难控制在所需的 尺寸精度范 围 内。而且用此法制造的皮带 轮 重 量大，成 本高 采用冲压 法 虽能生产整体 单槽y形 皮带 轮，生产效 率也高，但 径向和侧向公差不理 想，有时还要增加定径工序来保证零件的公 差要 求。再 者，模 具费用也较高。至 于用 冲 压法制 造多模V形 皮带轮，目前 尚未见有 报 道，且从模具实现工艺的角度考虑恐难以实 现。比以上 两种方法更先进更实 用并且在 近 几年首先打开我 国V形 板制 皮带 轮市 场的工 艺方法是液压 胀 形 技 术。国内如十堰。泉 州、绍兴 等地都有生产这 种皮带轮 的厂家。该方法是将拉伸后毛坯置 于模具 中，利用高 压液体 作为变形 介质，迫使毛坯成形 部分 与 模具相 应部分贴合。这种方法因 是整体 成形 故可制造 出整 体多槽V形 皮 带轮，因而 比上 述两 种方法更易 被现代工业所接受。但 这种 方珐的不足也 是明 显的。由于是多向合模，所以在所制造 的V形 槽上不 免在 径向留下 多 道台模 的痕迹。产品 的精 度完 全 由模具 的加 工精度保证，但合模模具在加工中很难确保 很高 的加工精 宦等级。在制造 中，皮带轮一 般比模具 低个精 度等级，由此 想要 皮带 轮 达到十分 理想的精度 等级很 困难。另外，液 压胀形法的模具通用性差一个制件需一副 模具，生产成本高。在加工中，。每次的制件 装夹 都要 涉及高压 油的密封 问题，造成 了生 产效率 低，工作环境恶 劣，要 求设备功率大 等一系列不利因素，这也是该技术难于推广 的主要原 因。2 2 旋压V形 皮带 轮的特 点 旋压V形 皮 带轮是在铸造皮带轮，液压 胀形皮带轮，冲压焊接皮带轮 的基础 上发展 起来 的一 种新 型皮 带轮，其特点是：工艺先 进、省时省材、成本低、产品精度 高、重量 轻、转动惯量小等等。与目前国内使用最普 遍 的铸造皮带轮相 比，旋压皮带 轮的重要 减 少7 0 嘶左右，生产效率提高3 0 1 0 0 倍，成本 降低6 O 舾左右 旋压 皮带轮 的成品率几乎为 l o 0 嘶，皮带轮槽形各处径向跳动量捉有0 0 9 O 1 4 毫 米，动平衡指标 逸到G蚰j转动 惯 维普资讯 王学伟等 皮带轮旋压的现状和未来 瞄 量小，卿使皮带轮在起动，制动和传动中所 更换少量零件的基础上即可加工出设备设计 需的能量 减少，提 高了系统整体 性能，由于 要求 的制 件尺 寸范 围内的任 何尺寸 的V形 皮 重置减 轻和 转动 惯量减少，对传动 轴的强度 带轮。虽然 现在 实际 应用 中只用到三 槽 V形 和 刚度要求相应 降低。据 调查，有 的 气车在 皮 带轮，但 理论上可 以加工 出任 意槽 数的制 寒冷状态 下猛 然起 动和 急刹 车 时，当使用铸 件，尤其 与 目前我 国普遍使 用的铸造皮带 轮 铁皮带 轮，其传动轴(直径 仅有 1 7 毫米)时 比较，节省材料和重 量7 0 嘶以上，生产效 有 断裂 现象。然 而在使 用V形板制皮带轮 后 率 一般可达 s o i l 小 时以上(加 工单 槽 V形 则基本避免 了这一现 象。此外，因旋压皮带 皮带轮效率可 提高一 倍以上)，降低生产成本 轮选用冷轧钢板制造，所以单件材料价格比 3 5 嘶，工作环境也傀越，日此用旋压法生产 铸造皮带轮下降3 5 嘶以上；而且冷轧板的边 的V 形皮带轮可广泛用于汽车，拖 拉机，备 角料还可套材使用。由此，旋压V形 皮带轮 类小型 电机，纺织机械，家用 电器及 自动他生 的市场 竞争 优势则更加 明显。产线 等领域 中，对机械行业 中最通用 的零 件 用旋压 法制造V形皮 带轮作为一 种先 进 之一V形皮带轮是一个更新 换代，而 且使 我 工 艺，比传统的铸造加 工方 法，冲 压 焊 接 国的皮带 轮生产更符合 国际通用标 准。因此 法，冲压成形法，液压胀形法等诸多技术有 旋压法生产皮带轮是一个必然的发展趋势。着几 太突 出特点；作为逦转加工方法，其制 旋压 皮带轮生产工 艺路 线可甩框图形 式 件的高精度易于保证，工装的通用性好，在 表示如下：一J r _一 J 剪切下料 1 冲裁落料 1I 多次拉伸 l 糖整 j I 一一一I I 一 。聱 边l 冲 孔I J 抽 检f 旋 压 成 形 清 洗I 一I I ，J】一 一一【，r I 一一f【f I I【一 f 烘干 I 表面处理 j 烘干 lI 检验 Il 包装 J I 出厂 Ij 1 f I l】l l 太利、英 国和瑞士。5 国 内外皮带轮旋压9 n r技术发晨 概 况 3 1 皮 带轮旋压 技术在 国外的 发展 金属 旋压技 术是一 种综 合 了锻造、挤压、拉伸、弯曲、环轧和液压等工艺特点的无切 屑压力加工工艺，是成形各种中空薄壁四转 体工件的手段之一，由于它具 有 节 省 原材 料，节省能源，成本低廉，设备简单和产品 质 量高 等一系列优点，所 以在现代塑性加 工 中已发展成 为一门新兴 的学科，特别 是在 航 空、导弹、火箭宇航以及备类军事技术，民 用 工业尊方面具有广 泛的发展前景。根据美 国AD7 5 5 8 7 6 报告，在 工 业 先进 国家，已研制 出大 约二 百种各种规格的 各粪 旋压机，其中许多 已系 列化，旋压设备 的生 产主要 集中在美国，德国、苏联、日本、意一 美 国的金属旋压技 术 已在国防和 民用 工 业 中得 到广 泛地应用，尤 其 进 入8 0 年 代以 来，美 国在 应用旋压技 术制造 皮带轮 方面的 报道数量 大量增加，其制造技 术也随着其它 技术行业 的发展 而不断得到 补充 相提 高。如 洛杰希普莱(Lo d g e s h i p l y)，辛 辛那 提(C i n c i n n a t i)，赫福德(Hs f f o r d)，伊 格 威尔(Ea-g l e wa r e)等1 5 个 以上 制 造旋 压 枫 的公 司中，已有 多家公司可生产 用于制 造 V形 皮带轮的专用旋压机。德 国是 目前国际上 旋压机床制造 种类和 数量最多 的国家。技术先 进的多 种规格品 种 的系列化旋压设备畅销世界5 0 多个 国家。其 中生产制造V形 皮带轮专用旋压设备最负 盛 名的 是莱 弗尔 德(Le i f e l d)公 司。该 公 司 生产 的旋压机可加 工V形皮带轮的产 品从单 V形槽 到三V形 槽及沟稽直 径不 同 的 双V形 维普资讯 5 6 墨 工 芝 1 1-。兰啦 槽皮带轮和劈缝式皮带轮 等。日本从 5 0 年代以来对旋压技 术的 发展十 分重视，旋压技 术 已渗入 到民品生产 的各个 领域。日本 的三菱重工，富士机 器制造和 h i 本主 轴制造公 司等从 7 0 年 代以来 巳研制 出多 种皮带 旋压机床，并对皮带轮旋压成形机 理进行了一 系刊的探讨。旋压皮 带轮 在 日本 高速发展 螅汽 车制造业 中应 用的实例比 比皆 是，如五十铃汽 车发动祝 皮带轮就是 旋压制 造 的。另外，英 国、瑞士 等发达 国家也能生产 旋压 V形皮带轮。用 旋压法生产V形皮带轮，在国外 发达 国家中应 用 已相 当普及。由于旋压 工艺的先 进性使其生命力得到了完金的体现。据有 关资料报道，在其适 用的场合，旋压皮带轮 的使 用率 已达 7 0 以上。3 2 皮带轮蜒压技 术在 中国的发展 中国的旋压 技术从6 0 年代开始，经 过多 年 的努力 巳获得一 定发展，但我们在 旋压 设 备方 面与国外差距较大 尤其在 普旋 工艺及 设备方 面更 是一 个相当 薄弱的 环节。例如 水 壶 痰盂 的普旋应 用 比较早，但至 今大 多仍 停 留在人 工赶旋 等落后 的 自制 设备上。采用 旋 压 工艺制造 皮带 轮，蓐 内许多单 位都做 过尝 试但也只能旋压单槽V 形皮带轮。对于 用 旋压法生产多槽v 形皮带轮的单位，据 了解 目前国内尚不太多。在皮带轮旋压方面开发 得 比较好 的主要 有三家。一是河北 景 县V形 皮带轮厂，该厂在 航空航天部15 2 5 所 的 扶持 帮助 下，1 9 8 9 年上半年引进一 台西 德莱 弗尔 德公司 的皮 带轮 旋压 机，并旋 出双 槽V形 皮 带轮。不 过引进该设备 花费了大量外汇，因 此这条路对 国内多数希望 搞皮 带轮 旋压 的单 位是可望丽不可及的 而在立足 于中国国情，走 自力更 生地发展 国产 皮带轮 旋 压 设 备方 面，山东省海 阳旋压皮 带轮 厂和 北京航空 航 天大学现代技术研 究所 已走 在全 国的前列。山东海阳旋压 皮带轮厂茌 山东省 科学 院材料 所 的 指 导 下，于 1 9 8 9年 初 研 制 成 功 了 LVX8 8 一 l 型立式专用旋压机 该机 巳旋出 了 从单 槽 双槽到三槽的多种规格 的皮 带轮，所 生产 的旋压皮带轮 巳投入 工业北批量生产，并应用于多种 车型 中。该厂的旋压皮带轮产 品 已为诙厂 刨产值百 余 万元 剖利数十万元 该设备 巳分别 获得 省级科技 进步 奖租全 国发 明博 览台铜牌 奖。该厂 下步准备 投资研翩 台自动化皮带轮旋压机。北京航空航天大学 亦准备 与京郫一企业 台作，研翩 较大 的皮带 轮旋压设备。另外，据报遭开封联合收割机 厂和福建机械科学研究院等单位也已开展 了 皮带轮 旋压工 艺和设备 的研 究。因 此 可 以 说，作为最有推 广价值和 最有 经济效益的皮 带轮靛压技术巳在我国蓬勃兴起。4 旋压皮带轮 发展前景分析 4 1 国内皮 带轮市场情 况 根据目前的初步调查，国 内有关使用皮 带轮 的部 分厂家使 用量 情况列表如下：土表 中所捏到 的皮带 轮 使用 数量只是 工厂名称 浙江新 昌内燃机总厂 浙江嘉 动力机厂 北寨内燃机总厂 上海汽车发电机r 天津汽车发电机厂 北京汽车发电机厂 上海内燃机厂 ：苎 兰 苎 苎 兰 1 产品墅号 485 490 480 4B2 495 J F 发胄机 发 电机 发 电机 4 05 汽车电机 年 产 量 皮带轮年徭隶量 万 万 万 万 万 万 万 万 如5 埔 万 万 万 万 万 万 万 乃 0 钟 维普资讯 芏学 伟导 萱 竺 一 一!机 器定产定 销的基础数。而每年 投放 市场 的 维修件销量一般是基础数的8 一 倍，亦即可 达 5 0 0 万 左右。同 时，以上 提到的仅 是 在 北 方 l也区所 了解 到的很少一部 分情 况，实际南 方的市场也是相 当大的。例如 以重庆 地区萌 言，在 当前大力发展 国产汽 车，引进技术 国 产 化的形 势下，重 庆地 区的 长安微 车 重 庆 五 十铃汽车，北泉 牌汽 车和 红岩汽 车 还包 括大量 的摩托 车，洗衣机 以及这些部件大量 的维修 翻新，对皮带 轮的需求量是决不会 少 的。从 以上 分析 已明确表明，V形皮 带轮 的 潜在市 场是十分 巨大 的。项 目 但 是，由于受 当前经济形 势的制 约以及 其它宴 卜 部 环境 的影 响，近期 内皮 带轮旋压技 术内发展立足手稳定和提高，不宜盲目大量 上马，以 免造 成象冰箱，彩 电 热 那 样 的 苦 果。如 果 治理 整 顿 进展 顺 利，可 望在 几 年 内 逐步形成一个适 宜的市场 环境，迎来 旋日 二 皮 带 轮 的 长 足 发 展 期。4 2 旋压 皮带轮技术经济分析 皮带轮 几种制 造方法 的技 术指标 和经济 j 效 果 对比如 下表：斟 以 目前 二汽 使用 的东NEQ1 0 V形 皮带 工 艺 方 法；铸造加工皮带轮 零件材料 生产效率(rai n 件)单件用料(k g)劳动条件 槽型质量 径向，端面跳动量 专用工装费用 适 用批 量 工时费甩；附 注 l 铸 铁 20 30 05 差 表 面会 出现 砂隈 0j 以下 较 少 小，审批 l O 0 稚 要平衡试验 既 匪胀形皮带轮 0 8 钢板 0 1 10 差 轮 廓 不清 楚 0 3 0 5 大 一 呔 批 1 5 嘶 2 O 嘶 预制坯要热处理 旋压 成形 皮 带轮 钢板 0 3 0 5 】O 好 好 0 j C ：由 审批 量 上 1 O 嘶 l 5 嘶 轮为俪，每年主机产 量l 2 万台，年维修需求 量s o 4 0 万只皮带轮。耳前单只皮带轮出厂 价l 0 一l 2 元不等，而旋压皮带轮成本核算在 8 元以下。如果建 立一 条 年 产6 0 万只皮带轮 的旋压生产线 卿只需 生产东风EQl 4 0 V形 皮 带轮这一个产品，那 么，每年 几 百 万 元 产 值，百万元和润 的工厂 就初 具规 模 了。但 是 着该产品 采用 铸造方式制造，匾 成本 不会低 子1 4 元。另据了解，三槽的V 形皮带轮 目前 市场 谈判价格 不低 于每只2 0 元，如采 用旋压 l工 艺，制 造成本可 在l 5 元以内 4 3 旋压皮 带轮蛊 勺 发展趋势 目前 国际上 旋压皮带轮 的发展 趋势是；旋压机 床向 专用 化、自动 化方 向发展采用 多缸多轴，一次进给 实现高速，苗精度成 形；皮带轮产品以增船传动荣统的特动效 率 为目的，形成鱼鳞状槽形，配合相应的三角 带，l 三。增加摩擦系数；加强 变形原理 研究，由于皮带轮的旋压过程非常复杂，受材料塑 性及冷作硬化、摩擦、润滑 条件、变形速度、旋 轮角度和各液压缸进给 配合的共 同影响，探 讨其变形规律，是塑 性加 工中的一 大课题 国内近期 的发展趋 势则主要 以应用为重 点，随着国产专用旋压机床的研制成功，旋 压皮带袍必将在其适用的领 域 里 代 替铸铁 轮。这 对于向国际标 准靠拢，推 动机 械产 品 的出 12 1，有着重要 的意 义。捃旋虢蜃 工艺作 为V形 皮带轮 生产 的一项实崩技术，必将 对 我 国机 械行业的发展起 到积极 的推动 作。维普资讯