CN107695382A - 去除重型钎杆内壁的脱碳层和裂纹的加工设备及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种去除重型钎杆内壁的脱碳层和裂纹的加工设备和方法，属于机械加工领域。该加工方法包括：采用枪钻振动加工的方式使枪钻在轴向振动的状态下沿进给方向伸入重型钎杆的内孔，对重型钎杆进行深孔加工，枪钻的轴向振动的频率为40～80Hz，枪钻的轴向振动的振幅为0～1mm。该加工设备，其包括钻削装置、振动装置和液压设备，钻削装置包括用于对重型钎杆进行深孔加工的枪钻和动力装置，枪钻与振动装置连接并在动力装置的驱动下伸入重型钎杆的内孔，液压设备与振动装置连接并用于控制振动装置的振动频率和振幅。利用该加工设备和方法，能够有效除去重型钎杆内壁的脱碳层和裂纹，提高重型钎杆的抗疲劳能力、延长其使用寿命。

Description

去除重型钎杆内壁的脱碳层和裂纹的加工设备及方法

技术领域

本发明涉及机械工程加工工艺领域，具体而言，涉及一种去除重型钎杆内壁的脱碳层和裂纹的加工设备及方法。

背景技术

近年来随着凿岩机功率的提高和中空钢市场竞争的加剧，市场对重型钎杆产品的质量要求日益提高，把截面对边距离为28、32、35mm的六边形钎杆和直径为38、45、51mm的圆形钎杆称为重型钎杆，杆长3到6m，单件20kg以上。由于工作条件和受力状况非常复杂，重型钎杆产品常以疲劳断裂方式失效。国产重型钎杆平均使用寿命与国外同类产品质量具有较大差距。

目前，重型钎杆的生产方法主要有“热穿—热拔(轧)”法，原材料多为硅锰钢或硅锰钼钢，以及近几十年在硅锰钢基础上发展的铬镍钼系钢种。对于“热穿—热拔(轧)”法的重型钎杆，在热加工过程中下由于原材料硅锰钼系钢含硅元素，在热加工状态下极易产生脱碳现象，会内壁上形成了厚度约为0.1毫米的天然脱碳层，脱碳层属于疏松物质，容易产生疲劳破坏。在“热穿—热拔(轧)”法的工艺流程中，需经过多次轧制工艺，不可避免在重型钎杆内孔形成裂纹，造成应力集中。脱碳层和裂纹形成了重型钎杆内孔主要的疲劳源，大部分资料表明重型钎杆内孔的疲劳破坏为重型钎杆失效的主要形式。

对于这个问题，相关学者研究出“合金铸管”法，使中空钢的内表面形成一层合金内衬管壁，在一定程度上强化其内表面，以提高钎杆的钻凿寿命。但在冶炼过程中，由于锭型小，缩孔，夹杂物等冶金缺陷较为集中在钢钉表面和合金钢管与基体钢粘结的界面上。轧制后，这些冶金缺陷延伸为条、线状随机地分散在刚才的横截面上，在矿水的冲刷和应力腐蚀下，极易产生裂纹源。故本专利针对原来的“热穿—热拔(轧)”法生产的重型钎杆，提供一种用于去除重型钎杆内壁脱碳层和裂纹的加工设备及方法。

发明内容

本发明提供了一种用于去除重型钎杆内壁脱碳层和裂纹的加工设备及方法，旨在除去现有的重型钎杆在生产过程中形成的天然脱碳层和裂纹，以提高重型钎杆的抗疲劳能力、延长其使用寿命。

本发明是这样实现的：

一种去除重型钎杆内壁的脱碳层和裂纹的加工方法，采用枪钻振动加工的方式使枪钻在轴向振动的状态下沿进给方向伸入重型钎杆的内孔，对重型钎杆进行深孔加工，枪钻的轴向振动的频率为40～80Hz，枪钻的轴向振动的振幅为0～1mm。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，枪钻的钻头直径比重型钎杆的内径大1.5～2.5mm。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，控制枪钻振动的振动装置的电机转速为10～100rmp。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，控制枪钻振动的液压设备中油液的流量为0.5～80L/min、压力为0.05～24MPa。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，枪钻的切削速度为25～80m/min。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，枪钻的进给量为0.017～0.041mm/r。

一种去除重型钎杆内壁的脱碳层和裂纹的加工设备，其特征在于，其包括钻削装置、振动装置和液压设备，钻削装置包括用于对重型钎杆进行深孔加工的枪钻和动力装置，枪钻与振动装置连接并在动力装置的驱动下伸入重型钎杆的内孔，液压设备与振动装置连接并用于控制振动装置的振动频率和振幅，液压设备具有第一进油口和第一出油口，振动装置具有第二进油口和第二出油口，第一进油口与第二出油口相连通，第一出油口与第二进油口相连通。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，钻削装置包括车床，车床包括机架，机架上设置有拖板、导轨和用于固定重型钎杆的卡盘，振动装置安装在拖板上，拖板与导轨滑动设置。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，振动装置包括枪钻接头和振动轴，枪钻通过枪钻接头与振动装置固定连接，振动轴与卡盘同轴设置。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，液压设备包括液压泵和用于调节液压泵的频率的变频器。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，导轨的延伸方向与卡盘的轴心线延伸方向一致。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，振动装置包括调速器，调速器与振动电机电性连接。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，振动电机为步进电机或交流伺服电机或直流伺服电机。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，振动装置通过固定板与拖板可拆卸连接。

一种用于振动切削的电控液击激振设备，其特征在于，其包括振动装置和液压设备，液压设备与振动装置连接并用于控制振动装置的振动频率和振幅，液压设备具有第一进油口和第一出油口，振动装置具有第二进油口和第二出油口，第一进油口与第二出油口相连通，第一出油口与第二进油口相连通。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，液压设备包括液压泵和用于调节液压泵的频率的变频器。

本发明的有益效果例如包括：

本发明通过上述设计得到的加工设备，包括钻削装置、振动装置和液压设备。使用时，将重型钎杆固定在钻削装置上，枪钻在振动装置和液压设备的驱动下产生轴向的低频振动，并在振动的状态下沿进给方向伸入重型钎杆的内孔。利用该设备对重型钎杆进行深孔加工，可以通过调整振动装置上的电机的转速和液压设备中油液的流量来控制振动轴在轴向振动的频率和振幅，从而有效控制深孔加工的精度。

本发明提供的去除重型钎杆内壁的脱碳层和裂纹的加工方法，采用枪钻钻削的加工方式，专门针对重型钎杆直径6～10mm、长度为1m以上的内孔，有效利用了枪钻排屑效果好的特点，确保了加工质量和重型钎杆内孔表面的粗糙度。同时，利用了振动钻削的加工机理，使得枪钻钻削过程由常规的连续切削过程转变为断续切削过程，避免切屑过长损伤重型钎杆的内孔表面。此外，通过调整枪钻轴向振动的频率在40～80Hz范围内、振幅在0～1mm范围内，能够有效去除重型钎杆内壁的脱碳层和裂纹，提高重型钎杆的抗疲劳能力、延长其使用寿命。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1是本发明实施方式提供的去除重型钎杆内壁的脱碳层和裂纹的加工的结构示意图；

图2是本发明实施方式提供的去除重型钎杆内壁的脱碳层和裂纹的加工在第一视角的结构示意图；

图3是图2中A处的放大图；

图4是本发明实施方式提供的去除重型钎杆内壁的脱碳层和裂纹的加工在第二视角的结构示意图。

图标：100-加工设备；101-重型钎杆；110-钻削装置；111-车床；112-机架；113-拖板；114-导轨；115-卡盘；116-枪钻；120-振动装置；121-第二进油口；122-第二出油口；123-振动电机；124-调速器；125-固定板；126-振动轴；127-枪钻接头；130-液压设备；131-第一进油口；132-第一出油口；133-液压泵；134-变频器。

具体实施方式

为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

实施例1，参照图1至图4所示，

本实施例提供一种去除重型钎杆101内壁的脱碳层和裂纹的加工设备100，如图1所示，采用这种加工设备100，能够有效去除重型钎杆101内壁的脱碳层和裂纹，提高重型钎杆101的抗疲劳性，延长其使用寿命。

如图1和图2所示，该加工设备100包括钻削装置110，钻削装置110包括车床111和用于对重型钎杆101进行深孔加工的枪钻116、以及为枪钻116的移动提供动力的动力装置(图未示)。车床111包括机架112，机架112上设置有拖板113、导轨114和卡盘115。卡盘115用于固定重型钎杆101，导轨114设置于卡盘115的下面，导轨114的延伸方向与卡盘115的轴心线延伸方向一致。拖板113滑动设置于导轨114上，拖板113在动力装置的驱动下沿着导轨114做相对运动，进而带动枪钻116靠近或者远离卡盘115。

该加工设备100还包括振动装置120，振动装置120能够为枪钻116的进给方向提供一定频率和振幅的有规律的振动，使得枪钻116的钻削过程由常规的连续切削过程转变为断续切削过程。

如图1、2和图4所示，振动装置120在机架112上，较为优选的，振动装置120固定设置于拖板113上。在本实施例中，振动装置120通过固定板125与拖板113可拆卸连接。具体地，在安装振动装置120的过程中，先将固定板125通过螺栓螺母连接固定于拖板113上，再将振动装置120通过螺栓螺母连接固定于固定板125上。

如图2和图3所示，振动装置120包括枪钻接头127、振动轴126、以及振动电机123。枪钻116安装在枪钻接头127上，并通过枪钻接头127与振动装置120的振动轴126固定连接。振动轴126在振动电机123的作用下在轴向产生有规律的振动。在加工使用过程中，调整振动轴126的位置，使振动轴126与卡盘115同轴设置，即可实现枪钻116中心与重型钎杆101的中心保持一致，进而提高枪钻116对重型钎杆101的加工精度。

振动装置120还包括调速器124，调速器124与振动电机123电性连接，用于调节振动电机123的振动速率，进而调节振动轴126的振动频率。较为优选的，振动电机123为步进电机或交流伺服电机或直流伺服电机，在本实施例中，振动电机123为步进电机。

该加工设备100还包括液压设备130，液压设备130与振动装置120连接，通过调整振动装置120上的振动电机123的转速以及液压设备130中油液的流量，能够控制振动轴126在进给方向上振动的频率和振幅。

液压设备130，包括液压泵133和用于调节液压泵133的频率的变频器134。液压设备130具有第一进油口131和第一出油口132，振动装置120具有第二进油口121和第二出油口122，第一进油口131与第二出油口122相连通，第一出油口132与第二进油口121相连通。油液在液压设备130与振动装置120之间，实现循环往复运动，进而来调节振动轴126的振幅和频率。

本实施方式提供的这种加工设备100，使用时，将重型钎杆101固定在钻削装置110上，枪钻116在振动装置120和液压设备130的驱动下产生轴向的低频振动，并在振动的状态下沿进给方向伸入重型钎杆101的内孔。利用该设备对重型钎杆101进行深孔加工，可以通过调整振动装置120上的电机的转速和液压设备130中油液的流量来控制振动轴126在轴向振动的频率和振幅，从而有效控制深孔加工的精度。

实施例2

本实施例所提供一种去除重型钎杆101内壁的脱碳层和裂纹的加工方法，其包括：采用枪钻振动加工的方式使枪钻116在轴向振动的状态下沿进给方向伸入重型钎杆101的内孔，对重型钎杆101进行深孔加工，枪钻116的轴向振动的频率为40～80Hz，枪钻116的轴向振动的振幅为0～1mm。

本实施例中的加工方法在具体实施过程中采用实施例1提供的加工设备100，为简要描述，本实施例未提及之处，可参考实施例1中相应内容。该加工方法的具体操作步骤如下：

a.将液压设备130的第一进油口131和第一出油口132分别与振动装置120的第二出油口122和第二进油口121连接、并进行紧固。然后将控制振动电机123的调速器124和控制液压设备130油液流量的变频器134安装好，放在较近的位置，便于调整参数。

b.将枪钻116通过枪钻接头127固定于振动装置120的振动轴126上，再将重型钎杆101安装于车床111的卡盘115处，然后通过调整拖板113使枪钻116与重型钎杆101同轴设置，即使枪钻116中心与重型钎杆101中心保持一致。

为了更加高效的去除重型钎杆101内壁脱碳层和裂纹，枪钻116的钻头直径比重型钎杆101的内径大1.5～2.5mm，或者大1.8～2.2mm，或者大2mm。

c.打开振动装置120的振动电机123，电机转速设置在10～100rmp范围内；或者为30～70rmp范围内；或者为40～60rmp范围内；或者为50rmp。此时振动电机123在运行，但液压泵133关闭，没有油液流入，振动轴126没有振动。

d.打开液压设备130的开关，将油液的流量设置在0.5～80L/min范围内，或者为20～60L/min范围内，或者为30～50L/min范围内，或者为40L/min；压力设置在0.05～24MPa范围内，或者为1～20MPa范围内，或者为5～15MPa范围内，或者为10MPa。待油液形成回路，激振装置的振动轴126开始振动，枪钻116随之振动。

e.调整液压设备130的流量和振动电机123的转速，可以控制枪钻116振动的频率和振幅。在液压设备130流量一定的情况下，振动电机123的转速越高，钻头振动的频率越大、振幅越小；反之，钻头振动频率越小，振幅越大。在振动电机123转速一定的情况下，液压设备130中油液流量越大，钻头振动频率不变，振幅越大；反之，振幅越小。枪钻116的振动参数调控的幅度为振幅为0～1mm，或者为0.2～0.8mm，或者为0.4～0.6mm，或者为0.5mm；振动频率为40～80Hz，或者为50～70Hz，或者为60Hz。

f.启动车床111，重型钎杆101以一定的速度旋转，然后通过车床111控制枪钻116进给，枪钻116的切削速度为25～80m/min，或者为40～60m/min，或者为50m/min；枪钻116的进给量为0.017～0.041mm/r，或者为0.02～0.03mm/r，或者为0.025mm/r；完成去除重型钎杆101内壁脱碳层和内表面裂纹。

以上所述仅为本发明的优选实施方式而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种去除重型钎杆内壁的脱碳层和裂纹的加工方法，其特征在于，采用枪钻振动加工的方式使枪钻在轴向振动的状态下沿进给方向伸入重型钎杆的内孔，对所述重型钎杆进行深孔加工，所述枪钻的轴向振动的频率为40～80Hz，所述枪钻的轴向振动的振幅为0～1mm。

2.根据权利要求1所述的加工方法，其特征在于，所述枪钻的钻头直径比所述重型钎杆的内径大1.5～2.5mm。

3.根据权利要求1所述的加工方法，其特征在于，控制所述枪钻振动的振动装置的电机转速为10～100rmp。

4.根据权利要求1所述的加工方法，其特征在于，控制所述枪钻振动的液压设备中油液的流量为0.5～80L/min、压力为0.05～24MPa。

5.根据权利要求1所述的加工方法，其特征在于，所述枪钻的切削速度为25～80m/min。

6.根据权利要求1所述的加工方法，其特征在于，所述枪钻的进给量为0.017～0.041mm/r。

7.一种去除重型钎杆内壁的脱碳层和裂纹的加工设备，其特征在于，其包括钻削装置、振动装置和液压设备，所述钻削装置包括用于对所述重型钎杆进行深孔加工的枪钻和动力装置，所述枪钻与所述振动装置连接并在所述动力装置的驱动下伸入所述重型钎杆的内孔，所述液压设备与所述振动装置连接并用于控制所述振动装置的振动频率和振幅，所述液压设备具有第一进油口和第一出油口，所述振动装置具有第二进油口和第二出油口，所述第一进油口与所述第二出油口相连通，所述第一出油口与所述第二进油口相连通。

8.根据权利要求7所述的加工设备，其特征在于，所述钻削装置包括车床，所述车床包括机架，所述机架上设置有拖板、导轨和用于固定所述重型钎杆的卡盘，所述振动装置安装在所述拖板上，所述拖板与所述导轨滑动设置。

9.根据权利要求8所述的加工设备，其特征在于，所述振动装置包括枪钻接头和振动轴，所述枪钻通过所述枪钻接头与所述振动装置固定连接，所述振动轴与所述卡盘同轴设置。

10.根据权利要求7所述的加工设备，其特征在于，所述液压设备包括液压泵和用于调节所述液压泵的频率的变频器。