帶壓開孔空心軸加工

管道在進行帶壓開孔作業施工過程中，由于管道自重和加裝馬鞍三通、閥門等原因，需要在管道帶壓開孔處進行加固或澆注水泥承重墩來消除管道附加的應力。而大口徑帶壓開孔機XJ-ZYDN1000以上設備，安裝于管道及管件之上后，除了采取以上措施外，還需要吊車來配合以減少帶壓開孔機對管道的應力。

以側方位90度大口徑帶壓開孔工程來說，帶壓開孔時出現最大應力點在最外圍，即帶壓開孔機的最外端。而最外端為帶壓開孔機的進刀總成和鉆桿。因此，進刀總成的設計應當小巧或遠離尾端，而鉆桿也要減重來實現盡量減少管道應力。

鉆桿的材質使用普通直線光軸（sf）時，由于普通直線光軸與帶壓開孔機滑動軸承點對面接觸所以對普通直線光軸的表面硬度要求很高，因此材料以及熱處理方法很重要。材質為suj2（相當）國標gcr15，硬度：hrc602硬化層深度要達到：0.8-3mm。表面粗糙度：ra0.10m-ra0.35m直線度：70m/1000mm以下軸外徑公差g6 2。

而使用鍍鉻直線光軸（sfc）時，是在普通直線光軸的基礎上鍍了一層硬鉻，可適用于易腐蝕環境或高鹽環境。此軸大量應用于工業機械人、海況鉆探，自動滑移系統裝置的運動部分。材質：suj2（相當）國標gcr15.硬度：hrc602硬化層深度：0.8-3mm表面粗糙度：ra0.10m-ra0.35m直線度：70m/1000mm以下。鍍鉻層厚度：3m-5m。軸外徑公差g6 3。

而鍍鉻空心軸由于其空心結構上的特點，空心軸在很大程度上減輕了重量，并簡化了結構，其內部適合于穿入測量電線，壓縮空氣，加入潤滑油，或者用于機械人手臂。

帶壓開孔機鉆桿是屬于直線光軸，它是一種直線與旋轉運動的結合裝置，體現在圖紙上是螺旋進刀形式。它可以讓傳動設備與切削部件之間減少摩擦，增加工作效率，讓其運作起來更加的方便。

而相對于XJ-ZYDN1000以上大口徑管道帶壓開孔機來說，其鉆桿除要承受較大轉動力矩，就需要較粗的軸徑，而較粗的鉆桿其重量也呈指數級增長，因此，較大口徑的帶壓開孔機其鉆桿減重就成了重要的指標之一。

較大口徑的帶壓開孔機使用空心軸，是一種被廣泛使用的機械傳動部件，尤其是在航空航天領域，因為它和實心軸相比，有兩個極為明顯的優越性：

1.在承受相同荷載的條件下，空心軸的重量比實心軸??；

2.空心軸的強度比實心軸高。

為什么說空心軸具有以上兩個優越性能呢？通過以下理論原理來分析。單從力學角度來看，空心軸要比實心軸更有效地利用材料，因為從橫截面上的剪應力分布分析，由于帶壓開孔鉆桿的扭轉剪應力與離圓心的距離成正比，圓心附近的應力很小，材料沒有充分發揮作用，故把靠近圓心處承受應力較小的材料移到軸的外緣處，使其為空心軸，就會增加IP和WP，提高軸的強度。在帶壓開孔的應用中，空心軸是用實心軸通過鉆孔得到的，它的重量要比實心軸小，材料的利用率高。

帶壓開孔機在設計時空心軸與實心軸的選擇，就是最明顯的不同的兩種類型，而對于它們的實用性，哪個更好的話，當然是需要通過比較才知道的。

1.假設外圓直徑相同，材料相同、熱處理相同的情況下，肯定是實心軸比空心軸的抗彎和抗扭能力更高。

2.假設截面積相同，材料相同、熱處理相同的情況下，空心軸的抗彎和抗扭能力更高。但也不是無條件的，如果壁太薄的話，盡管它的慣性矩和抗彎截面模數很高，但對于承受彎矩的情況下，壓應力可能會造成受壓區局部失穩破壞。

上面提到的熱處理條件，對剛度沒有影響，但對強度有影響。

如果直徑一樣，那么無論抗彎、抗扭還是抗拉，都是實心比空心強。

如果重量一樣，那就不一定了，那要看具體的截面形狀了，一根直徑100mm的空心軸，控制好壁厚，也可以做的比直徑10mm的實心軸有更高的抗彎能力。

帶壓開孔機工程中使用空心軸的設備較多，是因為選材時并不單純看強度，而是看所謂比強度和比剛度。舉個不恰當的例子：某根實心軸比空心軸強度高了20%，可是卻重了50%，那么從工程上來說在強度合格的前提下，選擇空心軸更合適。

因此，帶壓開孔機的設計時要考慮滿足工程所需要的強度及抗扭條件后，則可考慮在此基礎上進行帶壓開孔機的減重和經濟性。因此，XJ-ZYDN100-2000型大口徑帶壓開孔機的實際制造中，某種程度上空心軸的使用會比實心軸更廣泛些。