CN103072053B - 一种超高强度钢轴类零件的加工方法 - Google Patents

一种超高强度钢轴类零件的加工方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种超高强度钢轴类零件的加工方法。该方法通过在一台高速外圆磨床上装夹超高强度钢轴类零件,经过装置设置和零件装夹、粗磨、半精磨和精磨四个工艺流程,在粗磨、半精磨、精磨工艺流程开始之前和之后对零件进行强冷降温,并在上述三个工艺流程过程中对磨削区域自上而下喷射高压气、液混合流体。本发明具有磨削力小,磨削效率高;提高了材料的脆性,并改善了材料的加工性能;减少了磨削热的产生和温升,减少了加工表面烧伤与硬化;无需二次装夹,减小装夹误差,提高加工精度和加工效率。

Description

一种超高强度钢轴类零件的加工方法
技术领域
 本发明涉及一种超高强度钢轴类零件加工方法,具体涉及一种超高强度钢轴类零件的高效精密加工方法。
背景技术
超高强度钢通常是指屈服强度高于1400MPa,且兼具一定韧性与塑性的高强度结构钢。该类钢材经淬火处理后,其硬度能达到50HRC以上,是一种典型的以高强度、高硬度为特征的重要钢种。目前,超高强度钢已大量应用于火箭发动机外壳、飞机起落架等航天、军工类重要零部件之中,并且随着超高强度钢工艺性能的不断提高,优异的力学性能使其应用范围正在不断地扩大到机械制造、车辆以及其它民用领域上。
正是由于超高强度钢具有强度高、硬度高、塑性好、冲击韧性和断裂韧性优良等特点,使其成为一种难加工材料。一方面,高的强度和硬度使得材料加工时会产生很大的切削力和切削热;另一方面,钢中Cr、Ni、Mo、V、Mn等合金元素对钢的力学性能起到强化作用,并降低材料的导热性,使材料切削加工性变差。目前,对于超高强度钢轴类零件的加工,多采用粗加工切削和精加工磨削相结合的工艺方法,该工艺方法存在以下问题:一是在切削过程中,切削力大,切削温度高,刀具磨损大,耐用度低;二是在磨削过程中,磨削力大,磨削温度高,易产生加工表面烧伤与硬化现象;三是整个加工工序流程多,需要在不同的机床上进行装夹与对刀,耗时长,加工效率低,且容易引起装夹与对刀误差。
发明内容
本发明的目的就是针对现有技术存在的缺陷,提供一种超高强度钢轴类零件的高效精密加工方法。
本发明的技术方案是通过以下技术途径实现的,它是在一台高速外圆磨床上装夹超高强度钢轴类零件,经过装置设置和零件装夹、粗磨、半精磨和精磨四个工艺流程,且在粗磨、半精磨、精磨工艺流程开始之前和之后对零件进行强冷降温,并在上述三个工艺流程过程中对磨削区域自上而下喷射高压气、液混合流体,以提高材料的脆性和改善其加工性能,减少磨削热的产生和温升,减少加工表面烧伤与硬化,同时减少零件装夹次数,提高加工精度和加工效率。本发明特别适用于超高强度钢轴类零件的高效、精密加工与稳定生产。
具体操作步骤如下:
第一步,装置设置和零件装夹:将长为L、半径为R1的待加工零件,通过顶尖装夹在高速外圆磨床上;氮气喷嘴和CBN砂轮相对设置,分别位于待加工零件的两侧;待加工零件左侧设置有氮气喷嘴,氮气喷嘴通过供气软管供给氮气;氮气通过氮气喷嘴喷射到待加工零件上,氮气喷嘴通过氮气喷嘴支架支撑;氮气喷嘴支架设置于外部平台上;氮气喷嘴支架可沿X方向调整氮气喷嘴与待加工零件之间的距离;氮气喷嘴支架可沿Z方向调整氮气喷嘴的高度;工作台带动待加工零件沿Y方向往复运动;加工零件右侧设置有CBN砂轮,CBN砂轮的上方设置砂轮罩,砂轮罩上左侧上方分别为空气注入口、磨削液注入口,空气和磨削液分别通过空气注入口、磨削液注入口,经空气流道、磨削液流道,在气、液混合流道处发生混合,形成气、液混合流体;气、液混合流体通过喷口喷射在CBN砂轮与待加工零件之间的磨削区域;砂轮罩1的外部尺寸a、b、c、d、e,夹角θ,砂轮罩壁厚,以及空气流道,磨削液流道,喷口的尺寸,通过待加工零件、CBN砂轮的尺寸予以确定。
第二步,粗磨:将粗粒度的CBN砂轮与待加工零件进行对刀;调整氮气喷嘴的高度及与待加工零件之间的距离,对待加工零件开始喷射氮气,5分钟后,从空气注入口、磨削液注入口分别注入空气和磨削液,所形成的气、液混合流体通过喷口喷射在CBN砂轮与待加工零件之间的磨削区域;采用磨削用量:砂轮线速度60~70m/s,工作台速度15~30m/min,径向进给量0.05~0.1mm,纵向进给速度为                                               mm/r对待加工零件进行粗加工,直至完成粗加工余量的磨削,其中为砂轮宽度。
第三步,半精磨:将中等粒度的CBN砂轮与待加工零件进行对刀;调整氮气喷嘴的高度及与待加工零件之间的距离,对待加工零件开始喷射氮气;5分钟后,从空气注入口、磨削液注入口分别注入空气和磨削液,所形成的气、液混合流体通过喷口喷射在CBN砂轮与待加工零件之间的磨削区域;采用磨削用量:砂轮线速度60~70m/s,工作台速度15~30m/min,径向进给量0.02~0.04mm,纵向进给速度为mm/r对待加工零件3进行半精加工,直至完成半精加工余量的磨削,其中为砂轮宽度。
第四步,精磨:将细粒度的CBN砂轮与待加工零件进行对刀;调整氮气喷嘴的高度及与待加工零件之间的距离,对待加工零件开始喷射氮气;5分钟后,从空气注入口、磨削液注入口分别注入空气和磨削液,所形成的气、液混合流体通过喷口喷射在CBN砂轮与待加工零件之间的磨削区域;采用磨削用量:砂轮线速度60~70m/s,工作台速度15~30m/min,径向进给量0.005~0.01mm,纵向进给速度为mm/r对待加工零件3进行精加工,直至完成精加工余量的磨削,其中为砂轮宽度。
本发明的有益效果是:(1)利用高速外圆磨床,采用较高的砂轮线速度,减小磨削力,提高磨削效率;(2)粗磨、半精磨、精磨工艺流程开始之前和之后对零件进行强冷降温,提高材料的脆性,并改善材料的加工性能;(3)在粗磨、半精磨、精磨三个工艺流程过程中对磨削区域自上而下喷射高压气、液混合流体,带走磨屑,减少磨削热的产生和温升,减少加工表面烧伤与硬化;(4)在同一台磨床上对零件进行加工,无需二次装夹,减小装夹误差,提高加工精度和加工效率。
附图说明
图1为本发明的结构原理示意图;
图2为氮气喷嘴和砂轮位置关系示意图;
图3为砂轮罩结构示意图。
其中:1—砂轮罩,2—喷口,3—待加工零件,4—氮气喷嘴,5—供气软管,6—氮气喷嘴支架,7—外部平台,8—工作台,9—CBN砂轮,10—顶尖,12—空气注入口,13—磨削液注入口,14—空气流道,15—气、液混合流道,16—磨削液流道。
具体实施方式:
下面结合附图详细描述本发明的具体实施方式。
本发明是在一台高速外圆磨床上装夹超高强度钢轴类零件,经过装置设置和零件装夹、粗磨、半精磨和精磨四个工艺流程,且在粗磨、半精磨、精磨工艺流程开始之前和之后对零件进行强冷降温,并在上述三个工艺流程过程中对磨削区域自上而下喷射高压气、液混合流体,以提高材料的脆性和改善其加工性能,减少磨削热的产生和温升,减少加工表面烧伤与硬化,同时减少零件装夹次数,提高加工精度和加工效率。本发明特别适用于超高强度钢轴类零件的高效、精密加工与稳定生产。
参见附图1~图3,具体实施例如下:
实施例1:
一、装置设置和零件装夹:将长为100mm、半径为50mm、牌号为30Cr3SiNiMoVA的超高强度钢轴类待加工零件3,通过顶尖10装夹在一台MKS1332/1000型高速外圆磨床上,零件轴线距工作台8的距离为300mm。氮气喷嘴4和CBN砂轮9相对设置,分别位于待加工零件3的两侧。氮气喷嘴4喷口处宽为10mm,高为1mm。CBN砂轮9的外径为500mm,宽为10mm。待加工零件3左侧设置有氮气喷嘴4,氮气喷嘴4通过供气软管5供给氮气。氮气通过氮气喷嘴4喷射到待加工零件3上,氮气喷嘴4通过氮气喷嘴支架6支撑。氮气喷嘴支架6设置于外部平台7上。氮气喷嘴支架6沿X方向进行调整,可以调整氮气喷嘴4与待加工零件3之间的距离;氮气喷嘴支架6沿Z方向进行调整,可以调整氮气喷嘴4的高度。工作台8带动待加工零件3沿Y方向往复运动。加工零件3右侧设置有CBN砂轮9,CBN砂轮9的上方设置砂轮罩1,砂轮罩1上左侧上方分别为空气注入口12、磨削液注入口13,磨削液采用市售SY-1水基磨削液,空气和磨削液分别通过空气注入口12、磨削液注入口13,经空气流道14、磨削液流道16,在气、液混合流道15发生混合,形成气、液混合流体。气、液混合流体通过喷口2喷射在CBN砂轮9与待加工零件3之间的磨削区域。砂轮罩1采用压延钢板制造,其外部尺寸a、b、c、d、e分别为512mm、262.5mm、6mm、225mm、15mm,夹角θ为45°,砂轮罩壁厚4mm,空气流道14、磨削液流道16的长、宽、高分别为200mm、5mm、4mm,喷口2的宽和高分别为10mm、4mm。
二、粗磨:采用粒度号为20的CBN砂轮9,并将CBN砂轮9与待加工零件3进行对刀。调整氮气喷嘴4的高度至300mm及与待加工零件3之间的距离为1mm,对待加工零件3开始喷射氮气,喷射压力为0.5Mpa。5分钟后,从空气注入口12、磨削液注入口13分别注入空气和磨削液,磨削液采用市售SY-1水基磨削液,供气和供液压力分别为5Mpa,所形成的气、液混合流体通过喷口2喷射在CBN砂轮9与待加工零件3之间的磨削区域。采用磨削用量:砂轮线速度70m/s,工作台速度30m/min,径向进给量0.1mm,纵向进给速度为2.5mm/r,对待加工零件3进行粗加工,粗加工余量为2.5mm,直至完成粗加工余量的磨削。
三、半精磨:采用粒度号为60的CBN砂轮9,并将CBN砂轮9与待加工零件3进行对刀。调整氮气喷嘴4的高度至300mm及与待加工零件3之间的距离为1mm,对待加工零件3开始喷射氮气,喷射压力为0.5Mpa。5分钟后,从空气注入口12、磨削液注入口13分别注入空气和磨削液,磨削液采用市售SY-1水基磨削液,供气和供液压力分别为5Mpa,所形成的气、液混合流体通过喷口2喷射在CBN砂轮9与待加工零件3之间的磨削区域。采用磨削用量:砂轮线速度70m/s,工作台速度25m/min,径向进给量0.04mm,纵向进给速度为1.7mm/r对待加工零件3进行半精加工,粗加工余量为0.5mm,直至完成半精加工余量的磨削。
四、精磨:采用粒度号为240的CBN砂轮9,并将CBN砂轮9与待加工零件3进行对刀。调整氮气喷嘴4的高度至300mm及与待加工零件3之间的距离为1mm,对待加工零件3开始喷射氮气,喷射压力为0.5Mpa。5分钟后,从空气注入口12、磨削液注入口13分别注入空气和磨削液,磨削液采用市售SY-1水基磨削液,供气和供液压力分别为5Mpa,所形成的气、液混合流体通过喷口2喷射在CBN砂轮9与待加工零件3之间的磨削区域。采用磨削用量:砂轮线速度70m/s,工作台速度15m/min,径向进给量0.005mm,纵向进给速度为1.25mm/r对待加工零件3进行精加工,精加工余量为0.1mm,直至完成精加工余量的磨削。磨削后,工件表面粗糙度Ra值达到0.08μm,无加工表面烧伤与硬化。
实施例2:
一、装置设置和零件装夹:将长为200mm、半径为60mm、牌号为40CrMnSiMoVA的超高强度钢轴类待加工零件3,通过顶尖10装夹在一台MKS1332/1000型高速外圆磨床上,零件轴线距工作台8的距离为300mm。氮气喷嘴4和CBN砂轮9相对设置,分别位于待加工零件3的两侧。氮气喷嘴4喷口处宽为15mm,高为1mm。CBN砂轮9的外径为450mm,宽为15mm。待加工零件3左侧设置有氮气喷嘴4,氮气喷嘴4通过供气软管5供给氮气。氮气通过氮气喷嘴4喷射到待加工零件3上,氮气喷嘴4通过氮气喷嘴支架6支撑。氮气喷嘴支架6设置于外部平台7上。氮气喷嘴支架6沿X方向进行调整,可以调整氮气喷嘴4与待加工零件3之间的距离;氮气喷嘴支架6沿Z方向进行调整,可以调整氮气喷嘴4的高度。工作台8带动待加工零件3沿Y方向往复运动。加工零件3右侧设置有CBN砂轮9,CBN砂轮9的上方设置砂轮罩1,砂轮罩1上左侧上方分别为空气注入口12、磨削液注入口13,磨削液采用市售SY-1水基磨削液,空气和磨削液分别通过空气注入口12、磨削液注入口13,经空气流道14、磨削液流道16,在气、液混合流道15发生混合,形成气、液混合流体。气、液混合流体通过喷口2喷射在CBN砂轮9与待加工零件3之间的磨削区域。砂轮罩1采用压延钢板制造,其外部尺寸a、b、c、d、e分别为462mm、237.5mm、6mm、200mm、20mm,夹角θ为45°,砂轮罩壁厚4mm,空气流道14、磨削液流道16的长、宽、高分别为175mm、7.5mm、4mm,喷口2的宽和高分别为15mm、4mm。
二、粗磨:采用粒度号为30的CBN砂轮9,并将CBN砂轮9与待加工零件3进行对刀。调整氮气喷嘴4的高度至300mm及与待加工零件3之间的距离为1mm,对待加工零件3开始喷射氮气,喷射压力为0.5Mpa。5分钟后,从空气注入口12、磨削液注入口13分别注入空气和磨削液,磨削液采用市售SY-1水基磨削液,所形成的气、液混合流体通过喷口2喷射在CBN砂轮9与待加工零件3之间的磨削区域。采用磨削用量:砂轮线速度70m/s,工作台速度30m/min,径向进给量0.08mm,纵向进给速度为3.75mm/r对待加工零件3进行粗加工,粗加工余量为3mm,直至完成粗加工余量的磨削。
三、半精磨:采用粒度号为80的CBN砂轮9,并将CBN砂轮9与待加工零件3进行对刀。调整氮气喷嘴4的高度至300mm及与待加工零件3之间的距离为1mm,对待加工零件3开始喷射氮气,喷射压力为0.5Mpa。5分钟后,从空气注入口12、磨削液注入口13分别注入空气和磨削液,磨削液采用市售SY-1水基磨削液,所形成的气、液混合流体通过喷口2喷射在CBN砂轮9与待加工零件3之间的磨削区域。采用磨削用量:砂轮线速度70m/s,工作台速度25m/min,径向进给量0.03mm,纵向进给速度为2.5mm/r对待加工零件3进行半精加工,粗加工余量为1mm,直至完成半精加工余量的磨削。
四、精磨:采用粒度号为240的CBN砂轮9,并将CBN砂轮9与待加工零件3进行对刀。调整氮气喷嘴4的高度至300mm及与待加工零件3之间的距离为1mm,对待加工零件3开始喷射氮气,喷射压力为0.5Mpa。5分钟后,从空气注入口12、磨削液注入口13分别注入空气和磨削液,磨削液采用市售SY-1水基磨削液,所形成的气、液混合流体通过喷口2喷射在CBN砂轮9与待加工零件3之间的磨削区域。采用磨削用量:砂轮线速度70m/s,工作台速度15m/min,径向进给量0.005mm,纵向进给速度为1.875mm/r对待加工零件3进行精加工,精加工余量为0.2mm,直至完成精加工余量的磨削。磨削后,工件表面粗糙度Ra值达到0.07μm,无加工表面烧伤与硬化。

Claims (2)

1.一种超高强度钢轴类零件的加工方法,它是在一台高速外圆磨床上装夹超高强度钢轴类零件,经过装置设置和零件装夹、粗磨、半精磨和精磨四个工艺流程,其特征在于,它是在粗磨、半精磨、精磨工艺流程开始之前和之后对零件进行强冷降温,并在上述三个工艺流程过程中对磨削区域自上而下喷射高压气、液混合流体,具体操作步骤如下:
第一步,装置设置和零件装夹:将长为L、半径为R1的待加工零件(3),通过两个顶尖(10)装夹在高速外圆磨床上;氮气喷嘴(4)和CBN砂轮(9)相对设置,分别位于待加工零件(3)的两侧,待加工零件(3)左侧设置有氮气喷嘴(4);氮气喷嘴(4)通过供气软管(5)供给氮气,氮气通过氮气喷嘴(4)喷射到待加工零件(3)上,氮气喷嘴(4)通过氮气喷嘴支架(6)支撑;氮气喷嘴支架(6)设置于外部平台(7)上;氮气喷嘴支架(6)可沿X方向调整氮气喷嘴(4)与待加工零件(3)之间的距离;氮气喷嘴支架(6)沿Z方向可调整氮气喷嘴(4)的高度;工作台(8)带动待加工零件(3)沿Y方向往复运动,加工零件(3)右侧设置有CBN砂轮(9),CBN砂轮(9)的上方设置砂轮罩(1),砂轮罩(1)上左侧上方分别为空气注入口(12)、磨削液注入口(13),空气和磨削液分别通过空气注入口(12)、磨削液注入口(13),经空气流道(14)、磨削液流道(16),在气、液混合流道(15)发生混合,形成气、液混合流体;气、液混合流体通过喷口(2)喷射在CBN砂轮(9)与待加工零件(3)之间的磨削区域;
第二步,粗磨:将粗粒度的CBN砂轮(9)与待加工零件(3)进行对刀,调整氮气喷嘴(4)的高度及与待加工零件(3)之间的距离,对待加工零件(3)开始喷射氮气,5分钟后,从空气注入口(12)、磨削液注入口(13)分别注入空气和磨削液,所形成的气、液混合流体通过喷口(2)喷射在CBN砂轮(9)与待加工零件(3)之间的磨削区域;采用磨削用量:砂轮线速度60~70m/s,工作台速度15~30m/min,径向进给量0.05~0.1mm,纵向进给速度为 mm/r对待加工零件(3)进行粗加工,直至完成粗加工余量的磨削,其中为砂轮宽度;
第三步,半精磨:将中等粒度的CBN砂轮(9)与待加工零件(3)进行对刀,调整氮气喷嘴(4)的高度及与待加工零件(3)之间的距离,对待加工零件(3)开始喷射氮气,5分钟后,从空气注入口(12)、磨削液注入口(13)分别注入空气和磨削液,所形成的气、液混合流体通过喷口(2)喷射在CBN砂轮(9)与待加工零件(3)之间的磨削区域;采用磨削用量:砂轮线速度60~70m/s,工作台速度15~30m/min,径向进给量0.02~0.04mm,纵向进给速度为mm/r对待加工零件(3)进行半精加工,直至完成半精加工余量的磨削,其中为砂轮宽度;
第四步,精磨:将细粒度的CBN砂轮(9)与待加工零件(3)进行对刀,调整氮气喷嘴(4)的高度及与待加工零件(3)之间的距离,对待加工零件(3)开始喷射氮气,5分钟后,从空气注入口(12)、磨削液注入口(13)分别注入空气和磨削液,所形成的气、液混合流体通过喷口(2)喷射在CBN砂轮(9)与待加工零件(3)之间的磨削区域;采用磨削用量:砂轮线速度60~70m/s,工作台速度15~30m/min,径向进给量0.005~0.01mm,纵向进给速度为mm/r对待加工零件(3)进行精加工,直至完成精加工余量的磨削,其中为砂轮宽度。
2.根据权利要求1所述的一种超高强度钢轴类零件的加工方法,其特征在于所述的磨削液采用水基磨削液。
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