CN104874980A - 一种大型细长轴机械精加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种重量在数吨或数十吨、长度长或超长的船用大型细长轴机械轴精加工方法，性能热处理结束进行粗加工，粗加工完成后进行消应热处理，消应热处理后二次加工，二次加工完成深孔加工，深孔加工完成后进行半精加工，半精加工完成后进行自然时效处理，后进行精加工，同时通过自主研制的过渡套、鸡心夹头、高精度闷头、砂带磨工装消除累积误差的产生，减少加工过程中的变形，增加加工的切削刚性，提高大型细长轴的加工精度和表面质量。优点：一是通过加工工艺中增加消应热处理及自然时效工序的合理安排，使切削加工形成的内应力得到充分释放，使产品在后序的加工中及产品使用中变形小，精度尺寸更稳定；二是通过对装夹方式及工装工具的创新应用，提高了生产效率，减少了质量风险，降低了生产难度。

Description

一种大型细长轴机械精加工方法

技术领域

 本发明涉及一种重量在数吨或数十吨、长度长或超长的船用大型细长轴机械轴精加工方法，属机加工艺制造领域。

背景技术

大型细长轴类（长度尺寸与轴径尺寸的比值大于25的轴）在船舶制造和海工装备等行业中占据着重要位置，种类涉及船舶的推进系统、舵系的部件及海工装备，如螺旋桨轴、中间轴、舵杆、活塞杆等。尤其是在特种船舶及高技术船舶中，大型细长轴的需求比较大，但受现有传统加工技术的制约，国内现有的加工技术很难满足高要求的细长轴的尺寸精度要求，对于特种船舶及高技术船舶的推进系统部件的尺寸精度高低会直接影响船舶航行的平衡性和安全。

由于大型细长轴类重量重、长径比大、精度高等原因造成生产难度大，受现有加工技术水平的制约，产品不合格率高，生产成本高企难下，严重制约产品批量化生产的实现及行业的高速发展，尤其是特种船舶及高技术船舶的推进系统用锻件，为了满足船舶的工作性能，主要依靠进口。

传统细长轴加工一般工艺为：一是粗加工—调质—半精加工—精加工；由于产品在切除大量金属材料后切削应力得不到充分释放，往往会导致产品精加工过程中变形大、形位公差及尺寸不稳定，更有甚者在产品精加工结束后及使用过程中变形明显引起产品报废或使用寿命降低；二是在装夹方式上传统细长轴一般采用顶一端，另一端使用弹簧顶尖顶中心孔，同时使用跟刀架或中心架的装夹方式（见图4），在加工过程中使用弹簧顶尖补偿加工产生的热变形，通过使用跟刀架或中心架增加刚性完成切削加工。基其不足之处：一是弹簧顶尖结构无法应用于重量重的大型工件，特别是大型细长轴，重量轻则数吨，重则达数十吨，加上在加工过程中因工件不圆会产生强大的离心力，导致顶尖失效或者预顶载荷不足工件掉落引起质量和安全事故；二是跟刀架操作不方便，使用前需对支撑块进行加工和研配以保证与工件较好的接触面积，增加了大量生产准备时间，同时跟刀架加工质量不稳定，使用时顶紧力难以把握，力太小则不到增加刚性的效果，力太大工件则会出现“竹节状”等质量问题导致工件报废；而且本身结构的局限性也难以应用于大型细长轴的加工中；而传统使用中心架装夹方式车削需以递进式加工出中心架位，加工误差不断重复累积，轴长径比越大，累积误差越大，无法满足大型细长轴的精加工要求。

发明内容

设计目的：避免背景技术中的不足之处，设计一种即符合当前机械制造行业装备的制造水平，又能切实能解决大型细长轴精加工过程中的难点，同时又具有实际可操作性和可复制性的大型细长轴机械精加工方法。

设计方案：为了实现上述设计目的。本申请在加工工艺中通过增加消应热处理和自然时效处理的方法，使切削应力得到充分释放，从而在根源上减少了产品在精加工过程中的变形因素；其次，通过自主研制的过渡套、鸡心夹头、高精度闷头、砂带磨等工艺装备应用实现装夹方式的创新，达到提高工件定位精度，减少加工中的变形和提高加工刚性的目的，弥补了传统工艺方法的不足，解决了大型细长轴精加工的难题。为上本申请采用的加工工艺为：性能热处理—粗加工—消应热处理—二次加工—深孔加工—半精加工—自然时效处理—精加工，工艺中通过消应热处理及自然时效工序的合理运用，消除了大部分切削加工产生的内应力，稳定了材料的变形组织；同时通研制的过渡套、鸡心夹头、高精度闷头、砂带磨工装的使用达到消除累积误差的产生，减少加工过程中的变形，增加加工的切削刚性，提高大型细长轴的加工精度和表面质量。

技术方案：一种大型细长轴机械精加工方法：性能热处理结束进行粗加工，粗加工完成后消应热处理，消应热处理后二次加工，二次加工完成深孔加工，深孔加工完成后进滋奶粉半精加工，半精加工完成后进行自然时效处理，自然时效处理后进行精加工，同时通过利用研制的过渡套、鸡心夹头、高精度闷头、砂带磨工装消除累积误差的产生，减少加工过程中的变形，增加加工的切削刚性，提高大型细长轴的加工精度和表面质量。本发明与背景技术相比，一是通过加工工艺中增加消应热处理及自然时效工序的合理安排使切削加工形成的内应力得到充分释放，使产品在后序的加工中及产品使用中变形小，精度尺寸更稳定；二是通过合理的装夹方式及工装工具的创新应用，提高了生产效率，减少了质量风险，降低了生产难度。

附图说明

图1是本申请鸡心夹头的结构示意图。

图2 是过渡套工装的结构示意图。

图3 是高精度闷头的结构示意图。

图4是传统细长轴装夹方式的结构示意图，其中1表示卡盘、2表示卡爪、3表示床头顶尖、4表示闷盖，5表示弹簧顶头。

具体实施方式

实施例1：参照附图1-3。一种大型细长轴机械精加工方法，性能热处理结束进行粗加工，粗加工完成后消应热处理，消应热处理后二次加工，二次加工完成深孔加工，深孔加工完成后进滋奶粉半精加工，半精加工完成后进行自然时效处理，自然时效处理后进行精加工，同时通过利用研制的过渡套、鸡心夹头、高精度闷头、砂带磨工装消除累积误差的产生，减少加工过程中的变形，增加加工的切削刚性，提高大型细长轴的加工精度和表面质量。在粗加工后增加消应热处理及精加工前增加自然时效处理消除释放切削加工后形成的内应力，减少了应力变形。切削大量金属余量的粗加工工序后增加消应热处理工序，消应热处理过程中使用井式炉安装，加热至880℃，保温12h，出炉空冷低于300℃，重新进炉加热至590℃，保温20h，出炉空冷，消除粗加工过程中切除大量金属余量后产生的内应力；在精加工工序前增加自然时效处理，过程中采用托架以特定的轴摆放角度和摆放位置静置36h，以释放切削加工残留内应力。

所述鸡心夹头7中的上下鸡心夹头内侧上下对称置有防护栅板2且上鸡心夹头与拔动杆1配合、下鸡心夹头与止转杆4配合，上鸡心夹头和下鸡心夹头两侧分别通过固定螺杆3连接，拔动杆1和止转杆4固接在卡盘5上，活动顶尖6和高精度闷头8相配合。所述过渡套工装包括上壳体101、下壳体组合件102、调节螺栓103、锁紧螺母104构成；上壳体101、下壳体102组合件通过定位销105实现精确定位，通过紧固螺丝103实现壳体101、下壳体102的支撑体固定。所述高精度闷头制造过程中，使闷头中心孔与定位面一次装夹完成，降低了生产难度，提高了闷头同心度，减少了外圆与内孔装夹定位误差。

即本申请在切削大量金属余量的粗加工工序后增加消应热处理工序，消应热处理过程中使用井式炉安装，加热至880℃，保温12h，出炉空冷低于300℃，重新进炉加热至590℃，保温20h，出炉空冷，消除粗加工过程中切除大量金属余量后产生的内应力；在精加工工序前增加自然时效处理，过程中采用专用托架以特定的轴摆放角度和摆放位置静置36h，以释放切削加工残留内应力。

稳定工件变形组织；同时在装夹方法以及工装、工具上打破常规思路，通过鸡心夹头、拨杆以及双顶的装夹方式上的创新（参照附图1），消除了装夹过定位，提高了产品的定位精度和加工精度；通过自主研发的过渡套工装，不论轴跳动量大小或者毛坯轴，均可使用此工装调节螺栓校正至自由状态，直接加工出大型细长轴中心架位（参照附图2），此工装的应用不仅提高了产品的生产效率，更主要消除了积累误差，提高了加工中的定位基准精度，提升了产品质量；通过改进传统闷头结构（参照附图3），使在制作过程中闷头中心孔与定位面一次装夹完成，降低了生产难度，减少了外圆与内孔装夹定位误差；通过使用砂带磨替代传统磨床，在同样达到尺寸精度和表面粗糙度的要求下，相比较而言减少了大型外圆磨床的设备投入，降低了使用消耗，减少了加工工艺路线长度，缩短了整个精加工生产周期。

需要理解到的是：上述实施例虽然对本发明的设计思路作了比较详细的文字描述，但是这些文字描述，只是对本发明设计思路的简单文字描述，而不是对本发明设计思路的限制，任何不超出本发明设计思路的组合、增加或修改，均落入本发明的保护范围内。

Claims (6)

1. 一种大型细长轴机械轴精加工方法，其特征是：性能热处理结束进行粗加工，粗加工完成后消应热处理，消应热处理后二次加工，二次加工完成深孔加工，深孔加工完成后进滋奶粉半精加工，半精加工完成后进行自然时效处理，自然时效处理后进行精加工，同时通过利用自主研制的过渡套、鸡心夹头、高精度闷头、砂带磨工装消除累积误差的产生，减少加工过程中的变形，增加加工的切削刚性，提高大型细长轴的加工精度和表面质量。

2.根据权利要求1所述的大型细长轴机械轴精加工方法，其特征是：在粗加工后增加消应热处理及精加工前增加自然时效处理消除释放切削加工后形成的内应力，减少了应力变形。

3.根据权利要求1或2所述的大型细长轴机械轴精加工方法，其特征是：切削大量金属余量的粗加工工序后增加消应热处理工序，消应热处理过程中使用井式炉安装，加热至880℃，保温12h，出炉空冷低于300℃，重新进炉加热至590℃，保温20h，出炉空冷，消除粗加工过程中切除大量金属余量后产生的内应力；在精加工工序前增加自然时效处理，过程中采用专用托架以特定的轴摆放角度和摆放位置静置36h，以释放切削加工残留内应力。

4.根据权利要求1所述的大型细长轴机械轴精加工方法，其特征是：所述鸡心夹头（7）中的上下鸡心夹头内侧上下对称置有防护栅板（2）且上鸡心夹头与拔动杆（1）配合、下鸡心夹头与止转杆（4）配合，上鸡心夹头和下鸡心夹头两侧分别通过固定螺杆（3）连接，拔动杆（1）和止转杆（4）固接在卡盘（5）上，活动顶尖（6）和高精度闷头（8）相配合。

5.根据权利要求1所述的大型细长轴机械轴精加工方法，其特征是：所述过渡套工装包括上壳体（101）、下壳体组合件（102）、调节螺栓（103）、锁紧螺母（104）构成；上壳体（101）、下壳体（102）组合件通过定位销（105）实现精确定位，通过紧固螺丝（103）实现壳体（101）、下壳体（102）的支撑体固定。

6.根据权利要求1所述的大型细长轴机械轴精加工方法，其特征是：所述高精度闷头制造过程中，使闷头中心孔与定位面一次装夹完成，降低了生产难度，提高了闷头同心度，减少了外圆与内孔装夹定位误差。