带压开孔空心轴加工

管道在进行带压开孔作业施工过程中，由于管道自重和加装马鞍三通、阀门等原因，需要在管道带压开孔处进行加固或浇注水泥承重墩来消除管道附加的应力。而大口径带压开孔机XJ-ZYDN1000以上设备，安装于管道及管件之上后，除了采取以上措施外，还需要吊车来配合以减少带压开孔机对管道的应力。

以侧方位90度大口径带压开孔工程来说，带压开孔时出现最大应力点在最外围，即带压开孔机的最外端。而最外端为带压开孔机的进刀总成和钻杆。因此，进刀总成的设计应当小巧或远离尾端，而钻杆也要减重来实现尽量减少管道应力。

钻杆的材质使用普通直线光轴（sf）时，由于普通直线光轴与带压开孔机滑动轴承点对面接触所以对普通直线光轴的表面硬度要求很高，因此材料以及热处理方法很重要。材质为suj2（相当）国标gcr15，硬度：hrc602硬化层深度要达到：0.8-3mm。表面粗糙度：ra0.10m-ra0.35m直线度：70m/1000mm以下轴外径公差g6 2。

而使用镀铬直线光轴（sfc）时，是在普通直线光轴的基础上镀了一层硬铬，可适用于易腐蚀环境或高盐环境。此轴大量应用于工业机械人、海况钻探，自动滑移系统装置的运动部分。材质：suj2（相当）国标gcr15.硬度：hrc602硬化层深度：0.8-3mm表面粗糙度：ra0.10m-ra0.35m直线度：70m/1000mm以下。镀铬层厚度：3m-5m。轴外径公差g6 3。

而镀铬空心轴由于其空心结构上的特点，空心轴在很大程度上减轻了重量，并简化了结构，其内部适合于穿入测量电线，压缩空气，加入润滑油，或者用于机械人手臂。

带压开孔机钻杆是属于直线光轴，它是一种直线与旋转运动的结合装置，体现在图纸上是螺旋进刀形式。它可以让传动设备与切削部件之间减少摩擦，增加工作效率，让其运作起来更加的方便。

而相对于XJ-ZYDN1000以上大口径管道带压开孔机来说，其钻杆除要承受较大转动力矩，就需要较粗的轴径，而较粗的钻杆其重量也呈指数级增长，因此，较大口径的带压开孔机其钻杆减重就成了重要的指标之一。

较大口径的带压开孔机使用空心轴，是一种被广泛使用的机械传动部件，尤其是在航空航天领域，因为它和实心轴相比，有两个极为明显的优越性：

1.在承受相同荷载的条件下，空心轴的重量比实心轴小；

2.空心轴的强度比实心轴高。

为什么说空心轴具有以上两个优越性能呢？通过以下理论原理来分析。单从力学角度来看，空心轴要比实心轴更有效地利用材料，因为从横截面上的剪应力分布分析，由于带压开孔钻杆的扭转剪应力与离圆心的距离成正比，圆心附近的应力很小，材料没有充分发挥作用，故把靠近圆心处承受应力较小的材料移到轴的外缘处，使其为空心轴，就会增加IP和WP，提高轴的强度。在带压开孔的应用中，空心轴是用实心轴通过钻孔得到的，它的重量要比实心轴小，材料的利用率高。

带压开孔机在设计时空心轴与实心轴的选择，就是最明显的不同的两种类型，而对于它们的实用性，哪个更好的话，当然是需要通过比较才知道的。

1.假设外圆直径相同，材料相同、热处理相同的情况下，肯定是实心轴比空心轴的抗弯和抗扭能力更高。

2.假设截面积相同，材料相同、热处理相同的情况下，空心轴的抗弯和抗扭能力更高。但也不是无条件的，如果壁太薄的话，尽管它的惯性矩和抗弯截面模数很高，但对于承受弯矩的情况下，压应力可能会造成受压区局部失稳破坏。

上面提到的热处理条件，对刚度没有影响，但对强度有影响。

如果直径一样，那么无论抗弯、抗扭还是抗拉，都是实心比空心强。

如果重量一样，那就不一定了，那要看具体的截面形状了，一根直径100mm的空心轴，控制好壁厚，也可以做的比直径10mm的实心轴有更高的抗弯能力。

带压开孔机工程中使用空心轴的设备较多，是因为选材时并不单纯看强度，而是看所谓比强度和比刚度。举个不恰当的例子：某根实心轴比空心轴强度高了20%，可是却重了50%，那么从工程上来说在强度合格的前提下，选择空心轴更合适。

因此，带压开孔机的设计时要考虑满足工程所需要的强度及抗扭条件后，则可考虑在此基础上进行带压开孔机的减重和经济性。因此，XJ-ZYDN100-2000型大口径带压开孔机的实际制造中，某种程度上空心轴的使用会比实心轴更广泛些。