CN103707010B - 一种无底球冠形零件制造方法 - Google Patents

一种无底球冠形零件制造方法 Download PDF

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Abstract

一种无底球冠形零件制造方法，打破目前固有的单件下料模式，采用套切加工方案，即一个坯料上切两件产品，极大提高材料利用率，使原材料的利用率由原来的1.6%提高至3%以上。同时保证了产品质量，加工出了满足设计要求的产品。经测算，单套产品节约原材料约45％，即节约原材料成本费达20多万元。同时，本发明采取的两头斜角切断的方案，解决了较大直径坯料的斜角切断难题。

Description

一种无底球冠形零件制造方法
技术领域：
本发明涉及一种高精度大直径无底球冠薄壁回转体零件机械制造工艺。
背景技术
高精度大直径无底球冠回转体薄壁金属零件是大型固体火箭发动机的重要构件，每台用量9件，原材料一般采用自由锻件、模锻件或旋压单件成形，由于该类零件薄壁无底，需增加工艺法兰台用于装夹，原材料尺寸大，材料利用率很低。传统工艺方法之一采用自由锻件单件成形加工，毛坯成形方法简单但材料利用率仅约为1.6％，加工成本高。传统工艺方法之二采用模锻件加工，材料利用率可达3％～4％，但毛坯成形方法复杂，需要万吨级压力机，且模具费用很高，导致产品综合加工成本高，加工周期长、材料利用率低。传统工艺方法之三采用旋压毛坯加工，需要40吨以上旋压机，且旋压模胎费用高，由于较大的旋压应力，产品质量不稳定。
发明内容
为克服现有技术中存在的产品质量不稳定的不足，本发明提出了一种无底球冠形零件制造方法。
本发明的具体过程是：
步骤1，铸造无底球冠形零件毛坯。采用常规的铸造方法得到能够加工两件无底球冠形零件的毛坯。所述无底球冠形零件毛坯的高度比单件加工所需无底球冠形零件毛坯的高度大5～10mm。
步骤2，粗车。通过粗车对毛坯的外轮廓和内孔去大量。去大量时，根据拟套切的两个无底球冠形零件的外形，在所述第一个无底球冠形零件的外下表面与第二个无底球冠形零件的内上表面之间为切割线；所述切割线的角度α为42°～45°。在所述切割线处预留5～12㎜的加工余量h。
步骤3，套切。将粗车后能够加工两件无底球冠形零件毛坯的第一件无底球冠形零件一端装夹在卧式车床的卡盘上切断成两件。切断时，沿所述预留的加工余量h处以α斜角进行切断。切断过程分为两步：套切时所使用的刀具是对现有技术中刀具的刀杆进行改进后得到的。改进后的刀具刀杆的工作长度为70mm。
第一步，从第二件无底球冠形零件内表面下端开始，沿加工余量h处α角以42°～45°斜向向该无底球冠形零件上端走刀。其中切刀宽度为3～5㎜、车床转速为15～18r/min、刀具进给量为0.15～0.2㎜/r，走刀距离为25～28mm。
第二步，翻转毛坯180度，将毛坯的第二件无底球冠形零件一端装夹在车床卡盘上，对所述毛坯进行切断。切断时，从第二件无底球冠形零件毛坯内上端开始，沿预留的加工余量h处，继续以42°～45°斜向向第二件底球冠形零件内表面下端走刀，并使第二步的切口与第一步的切口连接，使两个无底球冠形零件的坯料断开，得到一件等内径的无底球冠形零件半成品和一件等外径的无底球冠形零件半成品。其中，所述等内径的无底球冠形零件半成品的小外径端为预留的工艺夹头；所述等外径的无底球冠形零件半成品的小内径端为预留的工艺夹头。
步骤4，单件粗车。分别按设计图对两件无底球冠形零件的半成品进行粗车加工。粗车加工后，两件无底球冠形零件半成品单边留量为3㎜，形成无底球冠形零件半成品。在所述两件无底球冠形零件半成品的预留的工艺夹头处，利用预留的加工余量在各无底球冠形零件半成品的内表面加工出装夹用台阶状压台。
步骤5，淬、回火处理。对得到的两件无底球冠形零件半成品采用常规的热处理方式进行淬、回火处理。其中，淬火温度为900℃、保温50～70min；回火温度为520℃、保温70～100min。
步骤6，半精加工。采用内压式压板将得到的经过热处理的两件无底球冠形零件半成品装夹在车床卡盘上，分别逐一进行半精加工。半精加工时，两件无底球冠形零件单边留量均为2㎜。
步骤7，第一次人工时效处理。对经过半精加工的两件无底球冠形零件半成品采用常规方式进行第一次人工时效处理。第一次人工时效处理的温度为280℃、保温480～540min。
步骤8，第二次半精加工。采用内压式压板将得到的经过热处理的两件无底球冠形零件半成品分别装夹在车床卡盘上，逐一进行第二次半精加工。第二次半精加工后，两件无底球冠形零件单边留量为1㎜。
步骤9，第二次人工时效处理。对经过半第二次精加工的两件无底球冠形零件半成品采用常规方式进行第二次人工时效处理。第二次人工时效温度为180℃、保温480～540min。
步骤10，最终精加工。采用内压式压板将得到的经过热处理的两件无底球冠形零件半成品分别装夹在车床卡盘上，逐一进行精加工至设计尺寸。分别切断所述两件无底球冠形零件的台阶状压台，得到两件无底球冠形零件成品。
本发明打破目前固有的单件下料模式，采用套切加工方案，即一个坯料上切两件产品，极大提高材料利用率，使原材料的利用率由原来的1.6%提高至3%以上。同时保证了产品质量，加工出了满足设计要求的产品。经测算，若将本发明用于某型号中无底球冠形零件的制造，单套产品节约原材料约45％，即节约原材料成本费达20多万元。同时，本发明采取的两头斜角切断的方案，解决了较大直径坯料的斜角切断难题。
附图说明
图1是产品示意图；
图2是发明前后所用方法示意图；
图3是套切示意图；
图4套切过程示意图；
图5是现有技术中内外台加工过程装夹示意图；
图6是本发明内外台加工过程装夹示意图；
图7是本发明的流程图。图中：
1.毛坯；2.第一个无底球冠形零件；3.压台；4.切割线；5.第二个无底球冠形零件；7.刀具；8.压板。
具体实施方式
本实施例是一种无底薄壁球冠形零件制造方法。所加工零件的材料为30CrMnSiA高强度钢，淬、回火后硬度达到HRC33～38。无底球冠形零件小端的内径为467～480mm，大端的外径为549～560mm；无底球冠形零件的高度57mm，壁厚为2.3mm；无底球冠形零件内型的球面半径为316mm。
本实施例的具体加工步骤为：
步骤1，选定无底球冠形零件的毛坯。根据设计的加工无底球冠形零件，选用外圆直径为φ580mm，内孔直径为φ360㎜，高度为170mm锻件作为毛坯1。在所述毛坯上套切两个无底球冠形零件。对选用的锻件经超声波探伤检验。
步骤2，粗车，去大量。对毛坯的外轮廓和内孔去大量。去大量时，根据拟套切的两个无底球冠形零件的外形，在所述第一个无底球冠形零件2的外下表面与第二个无底球冠形零件6的内上表面之间为切割线4；所述切割线4的角度α为42°～45°。在所述切割线处预留5～12㎜的加工余量h。本实施例中，切割线4处预留8㎜的加工余量h。
步骤3，套切。将毛坯的第一个无底球冠形零件一端装夹在卧式车床的卡盘上，将毛坯切断成两件。切断时，沿所述预留的加工余量h处以42°～45°斜角进行切断。切断过程分为两步：
第一步，刀具7从第二个无底球冠形零件内表面下端开始，沿加工余量h处以42°～45°斜向向该无底球冠形零件上端走刀。其中：车床转速为15～18r/min、刀刃宽度为3～5㎜、刀具的进给量为0.15～0.2㎜/r，走刀距离为25～28mm。本实施例中，车床转速为16r/min、切刀宽度为4㎜、刀具的进给量为0.17㎜/r，走刀距离为26mm
第二步，翻转毛坯180度，将毛坯的第二件无底球冠形零件一端装夹在车床卡盘上，对所述毛坯进行切断。切断时，从第二件无底球冠形零件毛坯内上端开始，沿加工余量h处，继续以42°～45°斜向向第二件底球冠形零件内表面下端走刀，并使第二步的切口与第一步的切口连接，使两个无底球冠形零件的坯料断开，得到一件等内径的无底球冠形零件半成品和一件等外径的无底球冠形零件半成品。其中，所述等内径的无底球冠形零件半成品的小外径端为预留的工艺夹头；所述等外径的无底球冠形零件半成品的小内径端为预留的工艺夹头。本实施例中，切断时走刀角度为43°。
至此，得到两预留工艺夹头无底球冠形零件坯料。
套切时所使用的刀具是对现有技术中刀具的刀杆进行改进后得到的。改进后的刀具刀杆的工作长度为70mm。
步骤4，单件粗车。按设计图，分别对两件无底球冠形零件的半成品进行粗车加工。加工中，在所述两件无底球冠形零件半成品的预留的工艺夹头处，利用预留的加工余量在各无底球冠形零件半成品的内表面加工出装夹用台阶状压台3。粗车加工时，两件无底球冠形零件单边留量为3㎜，形成壁厚为8.3mm的无底球冠形零件半成品。
在装夹无底球冠形零件坯料时，采用内压式夹具将所述无底球冠形零件坯料固定在车床卡盘上，以实现对无底球冠形零件壳体内表面和外表面的加工。所述的内压式夹具是对现有的夹具进行改进后得到。改进后的夹具中的压板斜面端端头处的高度为4mm，压板斜面的角度为70°。
步骤5，淬、回火处理。对得到的两件无底球冠形零件半成品采用常规的热处理方式进行淬、回火处理。其中，淬火温度为900℃、保温50～70min；回火温度为520℃、保温70～100min。本实施例中，淬火保温60min，回火保温80min。
步骤6，半精加工。采用内压式压板分别将得到的经过热处理的两件无底球冠形零件半成品装夹在车床卡盘上，逐一进行半精加工。半精加工时，两件无底球冠形零件单边留量均为2㎜，车加工至壁厚为6.3mm。。
所述内压式压板是对现有的压板进行局部改进后得到。改进后，压板斜面端端头处的高度为4mm，压板斜面的角度为70°。
步骤7，第一次人工时效处理。对经过半精加工的两件无底球冠形零件半成品采用常规方式进行第一次人工时效处理。第一次人工时效处理的温度为280℃、保温480～540min。本实施例中，第一次人工时效处理保温510min。
步骤8，第二次半精加工。采用内压式压板将得到的经过热处理的两件无底球冠形零件半成品分别装夹在车床卡盘上，逐一进行第二次半精加工。第二次半精加工后，两件无底球冠形零件单边留量为1㎜，车加工至壁厚为4.3mm。
步骤9，第二次人工时效处理。对经过半精加工的两件无底球冠形零件半成品采用常规方式进行第二次人工时效处理。第二次人工时效温度为180℃、保温480～540min。本实施例中，第二次人工时效处理保温510min。
步骤10，最终精加工。采用内压式压板将得到的经过热处理的两件无底球冠形零件半成品分别装夹在车床卡盘上，逐一进行精加工至设计尺寸。分别切断所述两件无底球冠形零件的台阶状压台，得到两件无底球冠形零件成品。
经检验，本实施例得到的两件无底球冠形零件成品均满足设计要求。

Claims (2)

1.一种无底球冠形零件制造方法，其特征在于，具体过程是：
步骤1，铸造无底球冠形零件毛坯；采用常规的铸造方法得到能够加工两件无底球冠形零件的毛坯；所述无底球冠形零件毛坯的高度比单件加工所需无底球冠形零件毛坯的高度大5～10mm；
步骤2，粗车；对毛坯的外轮廓和内孔通过粗车去大量；去大量时，根据拟套切的两个无底球冠形零件的外形，在第一个无底球冠形零件的外下表面与第二个无底球冠形零件的内上表面之间为切割线；所述切割线的角度α为42°～45°；在所述切割线处预留5～12㎜的加工余量h；
步骤3，套切；将粗车后能够加工两件无底球冠形零件毛坯的第一件无底球冠形零件一端装夹在卧式车床的卡盘上切断成两件；切断时，沿所述预留的加工余量h处以α斜角进行切断；切断过程分为两步：
第一步，从第二件无底球冠形零件内表面下端开始，沿加工余量h处α角以42°～45°斜向向该无底球冠形零件上端走刀；其中切刀宽度为3～5㎜、车床转速为15～18r/min、切断刀进给量为0.15～0.2㎜/r，走刀距离为25～28mm；
第二步，翻转毛坯180度，将毛坯的第二件无底球冠形零件一端装夹在车床卡盘上，对所述毛坯进行切断；切断时，从第二件无底球冠形零件毛坯内上端开始，沿预留的加工余量h处，继续以42°～45°斜向向第二件底球冠形零件内表面下端走刀，并使第二步的切口与第一步的切口连接，使两个无底球冠形零件的坯料断开，得到一件等内径的无底球冠形零件半成品和一件等外径的无底球冠形零件半成品；其中，所述等内径的无底球冠形零件半成品的小外径端为预留的工艺夹头；所述等外径的无底球冠形零件半成品的小内径端为预留的工艺夹头；
步骤4，单件粗车；分别按设计图对两件无底球冠形零件的半成品进行粗车加工；粗车加工后，两件无底球冠形零件半成品单边留量为3㎜，形成无底球冠形零件半成品；
步骤5，淬、回火处理；对得到的两件无底球冠形零件半成品采用常规的热处理方式进行淬、回火处理；其中，淬火温度为900℃、保温50～70min；回火温度为520℃、保温70～100min；
步骤6，第一次半精加工；采用内压式压板将得到的经过热处理的两件无底球冠形零件半成品装夹在车床卡盘上，分别逐一进行半精加工；半精加工时，两件无底球冠形零件单边留量均为2㎜；
步骤7，第一次人工时效处理；对经过半精加工的两件无底球冠形零件半成品采用常规方式进行第一次人工时效处理；第一次人工时效处理的温度为280℃、保温480～540min；
步骤8，第二次半精加工；采用内压式压板将得到的经过热处理的两件无底球冠形零件半成品分别装夹在车床卡盘上，逐一进行第二次半精加工；第二次半精加工后，两件无底球冠形零件单边留量为1㎜；
步骤9，第二次人工时效处理；对经过第二次半精加工的两件无底球冠形零件半成品采用常规方式进行第二次人工时效处理；第二次人工时效温度为180℃、保温480～540min；
步骤10，最终精加工；采用内压式压板将得到的经过热处理的两件无底球冠形零件半成品分别装夹在车床卡盘上，逐一进行精加工至设计尺寸；分别切断所述两件无底球冠形零件的台阶状压台，得到两件无底球冠形零件成品。
2.如权利要求1所述无底球冠形零件制造方法，其特征在于，步骤4所述单件粗车中，在所述两件无底球冠形零件半成品的预留的工艺夹头处，利用预留的加工余量在各无底球冠形零件半成品的内表面加工出装夹用台阶状压台。
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