CN103072053B - 一种超高强度钢轴类零件的加工方法 - Google Patents
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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
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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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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Free format text: CORRECT: ADDRESS; FROM: 412100 ZHUZHOU, HUNAN PROVINCE TO: 410114 CHANGSHA, HUNAN PROVINCE |
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Effective date of registration: 20150217 Address after: Wanjiali road 410114 in Hunan province Changsha Yuhua District, 2 No. 960 Applicant after: Tang Kun Address before: Wang Jia Zhou Cun, Zhuzhou County, Zhuzhou City, 412100 Hunan Lu Kou Zhen Applicant before: Zhuzhou County Huaxi Material Machinery Co., Ltd. |
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Granted publication date: 20150325 Termination date: 20180227 |