CN103008985A - 密封衬套制造工艺 - Google Patents

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本发明公开了一种密封衬套制造工艺，包括以下步骤：1）备料：锻件，粗车在衬套的小端一体设置一工艺搭子；2）调质热处理；3）半精车；4）去应力时效热处理；5）磨削衬套：平磨两端面；磨内孔；磨外圆；6）探伤：磁探并退磁；7）去应力时效热处理；8）半精磨衬套：平磨两端面；磨内孔；磨外圆；9）氮化热处理；10）找正磨外圆；11）剖检氮化层的深度和硬度；12）二次氮化热处理；13）抛光外圆；14）镗内孔；15）夹持住工艺搭子，并将工艺搭子从衬套上切除掉；16）平磨两端面。本发明有效的减小了结构性热变形，解决好了“变形－磨削余量－氮化深度及硬度”这一组矛盾。

Description

密封衬套制造工艺
技术领域
本发明涉及一种套筒类零件的制造工艺，特别是涉及一种具有导向、密封功能且经氮化耐磨处理的衬套的制造工艺。
背景技术
密封衬套是低速柴油机“燃油与排气机构”中“燃油密封装置”的一个重要零件，如图1所示，当燃油排气机构随燃油凸轮上下移动时，密封衬套1起导向、密封作用，它要隔绝燃油腔2和润滑油腔3的两种油混合。因此，它的主要表面外圆和内孔，不但要求有较高的尺寸精度和形位精度，而且摩擦表面外圆还需具有很高的耐磨性即硬氮化处理，这就给加工制造带来了不同于一般套筒类零件的制造困难。
如图2所示，密封衬套的最小壁厚为10mm，长度为185mm，大于衬套外圆直径，壁厚较薄、较长。不经氮化处理的一般薄壁零件要控制加工变形都比较困难，但密封衬套在半精加工后还需经过氮化处理，因此控制机加工和热加工的变形给我们提出了更高的要求。
现有技术中，密封衬套通常采用以下工艺加工：锻件－粗车（按零件外形均匀留余量）－热处理（调质）－半精车（按零件外形均匀留余量）－热处理（去应力时效）－平磨两端面－磨内孔－磨外圆－探伤（磁探并退磁）－热处理（氮化）－磨外圆－剖检氮化层深度、硬度－热处理（二次氮化）－抛光外圆－镗内孔。但是，该工艺方法的结果氮化后零件热变形大，外圆余量需增大，否则φ130r6和φ120h6外圆精加工时无法磨出。但外圆余量增大后，会将氮化硬化层磨掉，零件表面硬度达不到设计要求。
因此本领域技术人员致力于开发一种使密封衬套热变形小的制造工艺。
发明内容
有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种使密封衬套热变形小的制造工艺。
为实现上述目的，本发明提供了一种密封衬套制造工艺，包括以下步骤：
1）备料：锻件，粗车，衬套的内孔直径基本尺寸小于94mm；满足基本加工余量的前提下，在衬套的小端一体设置一工艺搭子；
2）调质热处理；
3）半精车：将衬套的外圆加工至设计的基本尺寸，并保留适量加工余量；将衬套内孔直径基本尺寸车至小于98mm；将所述工艺搭子的外圆尺寸车至与大端外圆尺寸相同；
4）去应力时效热处理；
5）磨削衬套：平磨两端面；磨内孔；磨外圆；
6）探伤：磁探并退磁；
7）去应力时效热处理；
8）半精磨衬套：平磨两端面；磨内孔；磨外圆；
9）氮化热处理；
10）找正精磨外圆；
11）剖检氮化层的深度和硬度；
12）二次氮化热处理；
13）抛光外圆；
14）镗内孔；
15）夹持住工艺搭子，并将工艺搭子从衬套上切除掉；
16）平磨两端面。
为进一步提高衬套的加工质量，步骤1）中，衬套外圆直径为140mm，内圆直径为86mm，长度为207mm；
步骤3）中，将衬套加工至以下尺寸：
从大端至小端，其外圆直径依次为
Figure BDA00002501870900031
Figure BDA00002501870900032
Figure BDA00002501870900033
距离大端端面的最大距离为18.5mm；
Figure BDA00002501870900035
距离大端端面的最大距离为80.2mm；
衬套整体长度为203.4mm，大端至小端的长度为
工艺搭子与小端的连接处外圆直径为
Figure BDA00002501870900037
Figure BDA00002501870900038
的长度为3mm；工艺搭子的外圆直径为
Figure BDA00002501870900039
衬套及工艺搭子的内圆直径为
Figure BDA000025018709000310
步骤8）中，将衬套加工至以下尺寸：
从大端至小端，其外圆直径依次为136.2±0.01mm；130.12±0.01mm；120.12±0.01mm；
Φ136.2±0.01mm距离大端端面的最大距离为18.3mm；
衬套整体长度参考尺寸为203.2mm，大端至小端的长度参考尺寸为
工艺搭子的外圆直径为136.2±0.01mm；
衬套及工艺搭子的内圆直径参考值为89.85±0.03mm；
步骤9）中，将衬套加工至以下尺寸：
从大端至小端，其外圆直径依次为
Figure BDA00002501870900042
Figure BDA00002501870900043
Figure BDA00002501870900044
衬套整体长度为203mm，大端至小端的长度为
Figure BDA00002501870900045
工艺搭子的外圆直径为
Figure BDA00002501870900046
衬套及工艺搭子的内圆直径为
Figure BDA00002501870900047
步骤10）中，从大端至小端，其外圆直径依次为
Figure BDA00002501870900048
Figure BDA00002501870900049
Figure BDA000025018709000410
Figure BDA000025018709000411
Figure BDA000025018709000412
距离大端端面的最大距离为18.1mm；
衬套整体长度参考值为203mm。
为进一步提高衬套的加工质量，步骤9）中，仅对衬套除两端面外的外表面进行氮化处理，表面的氮化层深不小于0.44mm，硬度保证单边磨削0.03mm后HV值为900-1100；氮化层深的检测是表面到HV400的深度；衬套的变形量不大于0.03mm，防止衬套碰伤和划伤；衬套芯部硬度控制在HB235-280；
步骤10）中，利用穿芯轴找正外圆
Figure BDA000025018709000413
然后进行外圆磨削。
为进一步提高衬套的加工质量，步骤9）中，装炉密度不超过30件/炉；炉内温度为460-500℃；保温时间为65-70小时；炉内气压为280-300pa；辉光层厚度为6-8mm。
较佳的，步骤9）中，氮化炉内装炉密度为27件/炉；炉内温度为480℃；保温时间为67小时；炉内气压为290pa；辉光层厚度为7mm。
本发明的有益效果是：由于衬套的外圆表面须氮化处理，而内孔不需氮化，是调质表面，内孔在氮化后还可以切削加工，因此在衬套的小端再增加一像大端一样的工艺搭子，这种工艺方法增加了零件的结构强度，有效的减小了结构性热变形，解决好了“变形－磨削余量－氮化深度及硬度”这一组矛盾；在外磨工装上将原来常规的内孔过盈定位改为内孔间隙定位、端面压紧式可调芯轴，既降低了定位基准的要求，又能通过找正加工减少磨削余量。
附图说明
图1是密封衬套的工作状态示意图。
图2是密封衬套的技术要求图。
图3是密封衬套粗车工艺图。
图4是密封衬套半精车工艺图。
图5是密封衬套半精磨工艺图。
图6是密封衬套氮化工艺图。
图7是密封衬套精磨工艺图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：
一种密封衬套制造工艺，包括以下步骤：
1）备料：锻件，粗车；如图3所示，满足基本加工余量的前提下，在衬套1的小端一体设置一工艺搭子2；其中，衬套外圆直径为140mm，内圆直径为86mm，长度为207mm；
2）调质热处理；
3）半精车：如图4所示，将衬套加工至以下尺寸：
从大端至小端，其外圆直径依次为
Figure BDA00002501870900061
Figure BDA00002501870900062
Figure BDA00002501870900063
距离大端端面的最大距离为18.5mm；
Figure BDA00002501870900065
距离大端端面的最大距离为80.2mm；
衬套整体长度为203.4mm，大端至小端的长度为
Figure BDA00002501870900066
工艺搭子与小端的连接处外圆直径为
Figure BDA00002501870900067
Figure BDA00002501870900068
的长度为3mm；工艺搭子的外圆直径为
Figure BDA00002501870900069
衬套及工艺搭子的内圆直径为
Figure BDA000025018709000610
4）去应力时效热处理；
5）磨削衬套：平磨两端面；磨内孔；磨外圆；
6）探伤：磁探并退磁；
7）去应力时效热处理；
8）半精磨衬套：平磨两端面；磨内孔；磨外圆；如图5所示，将衬套加工至以下尺寸：
从大端至小端，其外圆直径依次为136.2±0.01mm；130.12±0.01mm；120.12±0.01mm；
Φ136.2±0.01mm距离大端端面的最大距离为18.3mm；
衬套整体长度参考尺寸为203.2mm，大端至小端的长度参考尺寸为
Figure BDA00002501870900071
工艺搭子的外圆直径为136.2±0.01mm；
衬套及工艺搭子的内圆直径参考值为89.85±0.03mm；
9）氮化热处理；如图6所示，将衬套加工至以下尺寸：
从大端至小端，其外圆直径依次为
Figure BDA00002501870900072
Figure BDA00002501870900073
Figure BDA00002501870900074
衬套整体长度为203mm，大端至小端的长度为
Figure BDA00002501870900075
工艺搭子的外圆直径为
Figure BDA00002501870900076
衬套及工艺搭子的内圆直径为
Figure BDA00002501870900077
10）如图7所示，利用穿芯轴3找正Φ120的外圆，然后进行外圆精磨：从大端至小端，其外圆直径依次为
Figure BDA00002501870900079
Figure BDA000025018709000710
距离大端端面的最大距离为18.1mm；衬套整体长度参考值为203mm；
11）剖检氮化层的深度和硬度；
12）二次氮化热处理；
13）抛光外圆；
14）镗内孔；
15）夹持住工艺搭子，并将工艺搭子从衬套上切除掉；
16）平磨两端面。
步骤9）中，仅对衬套除两端面外的外表面进行氮化处理，表面的氮化层深不小于0.44mm，硬度保证单边磨削0.03mm后HV值为900-1100；氮化层深的检测是表面到HV400的深度；衬套的变形量不大于0.03mm，防止衬套碰伤和划伤；衬套芯部硬度控制在HB235-280；
步骤9）中，氮化炉内装炉密度为27件/炉；炉内温度为480℃；保温时间为67小时；炉内气压为290pa；辉光层厚度为7mm。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (5)

1.一种密封衬套制造工艺，其特征是包括以下步骤：
1）备料：锻件，粗车，衬套的内孔直径基本尺寸小于94mm；满足基本加工余量的前提下，在衬套的小端一体设置一工艺搭子；
2）调质热处理；
3）半精车：将衬套的外圆加工至设计的基本尺寸，并保留适量加工余量；将衬套内孔直径基本尺寸车至小于98mm；将所述工艺搭子的外圆尺寸车至与大端外圆尺寸相同；
4）去应力时效热处理；
5）磨削衬套：平磨两端面；磨内孔；磨外圆；
6）探伤：磁探并退磁；
7）去应力时效热处理；
8）半精磨衬套：平磨两端面；磨内孔；磨外圆；
9）氮化热处理；
10）找正精磨外圆；
11）剖检氮化层的深度和硬度；
12）二次氮化热处理；
13）抛光外圆；
14）镗内孔；
15）夹持住工艺搭子，并将工艺搭子从衬套上切除掉；
16）平磨两端面。
2.如权利要求1所述的密封衬套制造工艺，其特征是：
步骤1）中，衬套外圆直径为140mm，内圆直径为86mm，长度为207mm；
步骤3）中，将衬套加工至以下尺寸：
从大端至小端，其外圆直径依次为
Figure FDA00002501870800021
Figure FDA00002501870800022
Figure FDA00002501870800023
距离大端端面的最大距离为18.5mm；
Figure FDA00002501870800025
距离大端端面的最大距离为80.2mm；
衬套整体长度为203.4mm，大端至小端的长度为
Figure FDA00002501870800026
工艺搭子与小端的连接处外圆直径为
Figure FDA00002501870800027
Figure FDA00002501870800028
的长度为3mm；工艺搭子的外圆直径为
衬套及工艺搭子的内圆直径为
Figure FDA000025018708000210
步骤8）中，将衬套加工至以下尺寸：
从大端至小端，其外圆直径依次为136.2±0.01mm；130.12±0.01mm；120.12±0.01mm；
Φ136.2±0.01mm距离大端端面的最大距离为18.3mm；
衬套整体长度参考尺寸为203.2mm，大端至小端的长度参考尺寸为
Figure FDA000025018708000211
工艺搭子的外圆直径为136.2±0.01mm；
衬套及工艺搭子的内圆直径参考值为89.85±0.03mm；
步骤9）中，将衬套加工至以下尺寸：
从大端至小端，其外圆直径依次为
Figure FDA000025018708000213
Figure FDA000025018708000214
衬套整体长度为203mm，大端至小端的长度为
Figure FDA000025018708000215
工艺搭子的外圆直径为
Figure FDA000025018708000216
衬套及工艺搭子的内圆直径为
Figure FDA000025018708000217
步骤10）中，从大端至小端，其外圆直径依次为
Figure FDA00002501870800031
Figure FDA00002501870800032
Figure FDA00002501870800033
Figure FDA00002501870800034
Figure FDA00002501870800035
距离大端端面的最大距离为18.1mm；
衬套整体长度参考值为203mm。
3.如权利要求1或2所述的密封衬套制造工艺，其特征是：步骤9）中，仅对衬套除两端面外的外表面进行氮化处理，表面的氮化层深不小于0.44mm，硬度保证单边磨削0.03mm后HV值为900-1100；氮化层深的检测是表面到HV400的深度；衬套的变形量不大于0.03mm，防止衬套碰伤和划伤；衬套芯部硬度控制在HB235-280；
步骤10）中，利用穿芯轴找正外圆
Figure FDA00002501870800036
然后进行外圆磨削。
4.如权利要求1或2或3所述的密封衬套制造工艺，其特征是：步骤9）中，装炉密度不超过30件/炉；炉内温度为460-500℃；保温时间为65-70小时；炉内气压为280-300pa；辉光层厚度为6-8mm。
5.如权利要求4所述的密封衬套制造工艺，其特征是：步骤9）中，氮化炉内装炉密度为27件/炉；炉内温度为480℃；保温时间为67小时；炉内气压为290pa；辉光层厚度为7mm。
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