CN108044307B - 大型高强度合金钢吊钩锻件及加工方法 - Google Patents

大型高强度合金钢吊钩锻件及加工方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种采用三维造型对总高度达2840mm、钩体宽2030mm、净重7.7t、机组起重吨位为4500t四爪吊钩加工余量进行分析、数控加工的大型高强度合金钢吊钩及制作加工方法,所述四爪吊钩的钩颈上端为螺纹且螺纹部与吊钩横梁旋接,四爪吊钩下部弯曲部为钩体且钓体断面为圆弧形。优点:一是锻件表面质量及超声波探伤应符合CCS船级社要求;二是加工中易于精准、有效的去除余量和测量,避免了由于装夹或定位偏差无法满足图纸相关要求的弊端;三是确保了曲面轮廓加工的质量。

Description

大型高强度合金钢吊钩锻件及加工方法
技术领域
本发明涉及一种采用三维造型对总高度达2840mm、钩体宽2030mm、净重7.7t、机组起重吨位为4500t四爪吊钩加工余量进行分析、数控加工的大型高强度合金钢吊钩及加工方法,属吊钩制造领域。
背景技术
大型高强度合金钢吊钩产品开发是用于海上工程船舶(如大型起重船、铺管船、挖泥船、大型船厂龙门吊及钻井平台等)中的大型起重吊钩,总高度达2840mm、钩体宽2030mm、净重7.7t、机组起重吨位为4500t,用于制作吊钩锻件钩体宽度和厚度尺寸达到1600mmx1600mm的方,锻件毛坯重量达到27.5t。因此从锻造毛坯到成品加工余量很大,单靠车铣加工很难快速去除加工余量,并且由于钩腔凹面深,采用传统的铣削加工会存在刀具干涉和刀杆悬伸长度不够,因为从钩尖至钩腔最大所需旋伸长度达800mm,加工时会因刀杆刚性差而影响加工精度和表面质量。其次,工件结构复杂钩体成型加工和测量困难,现有技术采用火焰气割后打磨的方式加工,该工艺存在较多问题,如手工气割打磨后易导致钩身重心不正,装配后可能会有偏斜,起重工作时受力不均匀会增加螺母与吊钩横梁的非正常磨损,且传统手工打磨很难有效去除钩腔内所有棱角,影响美观和对钢丝绳的磨损加剧,构成安全隐患。
发明内容
设计目的:避免背景技术中的不足之处,设计一种采用三维造型对总高度达2840mm、钩体宽2030mm、净重7.7t、机组起重吨位为4500t四爪吊钩加工余量进行分析、数控加工的大型高强度合金钢吊钩及加工方法。
设计方案:为了实现上述设计目的。本发明采用三维软件SIEMENS NX UG建模,针对产品技术参数生成加工程序。由于三维软件SIEMENS NX UG系公知技术,因而对本发明技术参数的如何生成加工程序不作详细的说明。
1、根据三维软件SIEMENS NX UG生成的程序,将钩腔内大部分加工余量安排车床按样板挖空,再划线打工艺孔,把四处凹档在锯床上切蛋糕式锯除,将开粗精铣工序安排到数控镗床加工,利用镗杆可伸出长度达900mm的优势,选用大直径圆弧刀片铣刀防止镗杆柄与未加工面干涉撞刀。
2、因要加工面都为复杂的曲面,为了加工出外形光顺,减少重复装夹而产生的定位误差,获得合格的精加工尺寸外形,改变传统的加工方法,通过SIEMENS NX UG软件将实际毛坯余量测绘并模拟加工产生IPW,通过IPW刀路确定下道工序的加工区域和切削参数,最终确定了二次装夹和旋转工作转台分八个工步加工,把机床坐标系定在钩柄中心,将加工余量尽可能留在钩尾,这样有利于难加工的钩腔内减少加工量,把需要三维曲面加工的区域分粗、精加工在回转工作台上加工到位。
3、设计装夹工装,根据产品毛坯的尺寸确定垫块安装位置,使用可调式千斤顶代替支撑块,让每次转换压板都采用先固定增加,再拆卸需移除压板,这样增加了产品的装夹可靠性。
4、该型螺纹加工过程中,如果采用传统成型切削方法加工,因为切削量大、机床受挤压力和受冲击力大,刀具容易损坏,影响机床精度,因此传统成型加工方法对该型螺纹加工并不适用。本发明选用普通切槽刀,对该型螺纹进行分层开粗,减少刀具接触面,左右分刀精加工,可以有效减少机床受力和冲击。
技术方案1:一种的大型高强度合金钢四爪吊钩,所述四爪吊钩的钩颈上端为螺纹且螺纹部与吊钩横梁旋接,四爪吊钩下部弯曲部为钩体且钓体断面为圆弧形。
技术方案2:一种大型高强度合金钢四爪吊钩的加工方法,(1)采用三维软件SIEMENS NX UG建模,将所要加工的四爪吊钩产品的技术参数通过SIEMENS NX UG软件生成加工程序,对并对四爪吊钩产品的难点及易出错点进行模拟加工验证;(2)车床粗加工工序:柄部打中心孔D=40,D1=120,L=95,75°;在加工钩柄的同时,使用延长刀排对钩腔按样板掏空,下床前对四个角度方向都划上中心线;按照划线,在锯缝根部打φ50工艺排孔,工件钩柄朝上,锯除四块凹槽余料,余料薄壁处打吊环孔,防止掉落砸伤机床,经过锯床加工铣床工序可以节省168h个工时,再上普车,半精车轴外圆及内端面,取出长度粗基准;依照车床光出钩柄分中,TK6916镗床铣去钩身平面余量,工作台转45度,铣平平面作为翻身垫平基准,大头朝主轴,钩柄V型块装夹工件,钩尖处垫等高块,使用高度尺粗校校平划线,使用百分表校正钩柄上母线及侧母线,微调后允差<0.1mm,大端面挑出>525mm;按三维软件生成加工程序单建立工件坐标系,用D200R10铣刀粗、精铣钩体尾部轮廓,铣削深度370,光出一刀侧壁为后续角度基准,需保留两端车床中心孔;(3)吊钩钩部工工序:1)吊钩竖起底部垫平,钩柄圆与工作台回转校至同心,按基准找正角度;2)依次旋转工作台,面铣刀铣厚度至480;3)使用试切法将加工坐标系建于图纸十字中心线交点处,Z向为φ480钩柄圆心处;4)调轮廓程序,跳转程序至最大轮廓,工件坐标系上台,试切最大轮廓边,检查加工余量是否均匀;测量轮廓边、总长是否符合图纸要求;5)使用开粗程序进行开粗余量已留单边15mm;6)旋转工作台,45°夹角处建立工件坐标系,按程序粗、精铣钩腔夹角曲面,依次旋转分8次加工;(4)精加工螺纹1)双顶装夹,校正工件后刀刻总长线,钩柄留工艺台阶;2)粗、精车φ440c11(-0.44^-0.84;)、φ380、φ450h9(0^-0.155;)、及锥度、R角、倒角2-5X45°到图纸要求;3)按程序粗、精车TY440×48梯形圆螺纹,由于顶部圆角较小,在粗加工程序中不考虑该部位开粗,直接用斜面过渡,底部圆角较大,必须将该部位残余材料清除,在精加工前使加工余量充足均匀。刀具选用普通切槽刀,切槽刀宽略小于螺纹底部圆角半径。精加工选用球头刀,刀头半径略小于底部圆角半径。根据牙型形状,圆弧部分按角度变化进刀,受力斜面部分按线性变化进刀,每进刀一次,走一次螺纹循环程序,直至分度结束。根据切削原理,进刀从外往里,左右分刀切削进给,如果检测螺纹齿厚偏大,可以以其中一条程序偏移零点,重新加工,节约加工时间;4)去刺,倒角,自检合格后报检;(5)吊钩与吊钩螺母涂抹牛油装配旋和:此工序极为关键,钩柄朝下吊具需将钩体吊水平,转动钩身,行车慢慢下降,旋和到装配图纸指定位置,如果任何一个环节没有配合好,会使螺纹接触不良,产生磕碰剂出硬点将螺母与钩颈螺纹卡死;1)螺母装配完上TK6916镗床打表校正吊钩圆柱轴上母线及侧母线后压板固定;2)铣去两头工艺搭子,保证总长2840,吊钩螺母两端面齐平划线铣100+0.4^+0.2;深40防松槽到图纸要求;3)点钻2-M30螺纹底孔至φ26.5深75,攻2-M30螺纹深60。
本发明与背景技术相比,一是锻件表面质量及超声波探伤应符合CCS船级社要求;二是加工中易于精准、有效的去除余量和测量,避免了由于装夹或定位偏差无法满足图纸相关要求的弊端;三是确保了曲面轮廓加工的质量。
附图说明
图1是大型高强度合金钢吊钩成品示意图。
图2是图1中四爪吊钩成品示意图。
图3是车床粗加工工序之一示意图。
图4-1和图4-2是车床粗加工工序之二示意图。
图5-1和图5-2是镗铣床粗加工工序之三示意图。
图6-1和图6-2是镗铣床粗精加工工序之四示意图。
图7-1和图7-2是吊钩下部加工示意图。
图8-1和图8-2是吊钩下部加工示意图。
图9-1和图9-2是精加工螺纹示意图。
图10-1至10-4是吊钩与吊钩螺母涂抹牛油装配旋和示意图。
具体实施方式
实施例1:参照附图1和2。一种的大型高强度合金钢四爪吊钩,所述四爪吊钩1的钩颈上端为螺纹2且螺纹部与吊钩横梁旋接,四爪吊钩下部弯曲部为钩体3且钓体断面为圆弧形。四爪吊钩高2840mm、钩体宽2030mm、净重7.7t。
实施例2:参照附图1至10-4。该项目新产品精加工外形要求高且形状复杂,加工中不易于精准有效的去除余量和测量,极易由于装夹或定位偏差无法满足图纸相关要求,所有前序工作前功尽弃。所以机械加工时应围绕项目分析的难点,一方面设计科学合理的生产工艺,同时设计和制作合适的工装夹具以及根据生产实际情况应用一些较为先进的刀具、工具,保障新产品项目在机械加工方面能顺利实施。
为避免因产品铣削加工面是曲面轮廓、结构复杂等因素造成技术消化或技术交底不到位引起的质量问题。在加工前首先应用SIEMENS NX UG软件进行产品三维建模,对产品难点及易出错点进行模拟加工验证,在实际加工中结合图纸、工艺等技术文件对操作工人进行直观的技术交底:
1、车床粗加工工序:
柄部打中心孔D=40,D1=120,L=95,75°;在加工钩柄的同时,使用延长刀排对钩腔按样板掏空,下床前对四个角度方向都划上中心线(图3)。
2、按照划线,在锯缝根部打φ50工艺排孔,工件钩柄朝上,锯除四块凹槽余料,余料薄壁处打吊环孔,防止掉落砸伤机床,经过锯床加工铣床工序可以节省168h个工时,再上普车,半精车轴外圆及内端面,取出长度粗基准(图4)。
3、依照车床光出钩柄分中,TK6916镗床铣去钩身平面余量,工作台转45度,铣平平面作为翻身垫平基准,大头朝主轴,钩柄V型块装夹工件,钩尖处垫等高块,使用高度尺粗校校平划线,使用百分表校正钩柄上母线及侧母线,微调后允差<0.1mm,大端面挑出>525mm(图5)。
4、按三维软件生成加工程序单建立工件坐标系,用D200R10铣刀粗、精铣钩体尾部轮廓,铣削深度370,光出一刀侧壁为后续角度基准,需保留两端车床中心孔(图6)。
5、吊钩钩部工工序:
1)吊钩竖起底部垫平,钩柄圆与工作台回转校至同心,按基准找正角度;2)依次旋转工作台,面铣刀铣厚度至480;3)使用试切法将加工坐标系建于图纸十字中心线交点处,Z向为φ480钩柄圆心处;4)调轮廓程序,跳转程序至最大轮廓,工件坐标系上台,试切最大轮廓边,检查加工余量是否均匀;测量轮廓边、总长是否符合图纸要求;5)使用开粗程序进行开粗余量已留单边15mm(图7);6)旋转工作台,45°夹角处建立工件坐标系,按程序粗、精铣钩腔夹角曲面,(依次旋转分8次加工)(图8);
6、精加工螺纹:1)双顶装夹,校正工件后刀刻总长线,钩柄留工艺台阶;2)粗、精车φ440c11(-0.44^-0.84;)、φ380、φ450h9(0^-0.155;)、及锥度、R角、倒角2-5X45°到图纸要求(图9);3)按程序粗、精车TY440×48梯形圆螺纹,由于顶部圆角较小,在粗加工程序中不考虑该部位开粗,直接用斜面过渡,底部圆角较大,必须将该部位残余材料清除,在精加工前使加工余量充足均匀。刀具选用普通切槽刀,切槽刀宽略小于螺纹底部圆角半径。精加工选用球头刀,刀头半径略小于底部圆角半径。根据牙型形状,圆弧部分按角度变化进刀,受力斜面部分按线性变化进刀,每进刀一次,走一次螺纹循环程序,直至分度结束。根据切削原理,进刀从外往里,左右分刀切削进给,如果检测螺纹齿厚偏大,可以以其中一条程序偏移零点,重新加工,节约加工时间;4)去刺,倒角,自检合格后报检;
7、吊钩与吊钩螺母涂抹牛油装配旋和,此工序极为关键,钩柄朝下吊具需将钩体吊水平,转动钩身,行车慢慢下降,旋和到装配图纸指定位置,如果任何一个环节没有配合好,会使螺纹接触不良,产生磕碰剂出硬点将螺母与钩颈螺纹卡死。(图10)。
1)螺母装配完上TK6916镗床打表校正吊钩圆柱轴上母线及侧母线后压板固定;
2)铣去两头工艺搭子,保证总长2840,吊钩螺母两端面齐平划线铣100+0.4^+0.2;深40防松槽到图纸要求;
3)点钻2-M30螺纹底孔至φ26.5深75,攻2-M30螺纹深60。
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 (2)

1.一种的大型高强度合金钢四爪吊钩,其特征是:所述四爪吊钩(1)的钩颈上端为螺纹(2)且螺纹部与吊钩横梁旋接,四爪吊钩下部弯曲部为钩体(3)且钓体断面为圆弧形;其加工方法:
A.采用三维软件SIEMENS NX UG 建模,将所要加工的四爪吊钩产品的技术参数通过SIEMENS NX UG软件生成加工程序,对并对四爪吊钩产品的难点及易出错点进行模拟加工验证;
B.车床粗加工工序:
柄部打中心孔,其中心底孔直径D=40mm,中心孔孔口直径D1=120mm,中心孔有效深度L=95 mm,锥孔角度为75°;在加工钩柄的同时,使用延长刀排对钩腔按样板掏空,下床前对四个角度方向都划上中心线;
按照划线,在锯缝根部打φ50工艺排孔,工件钩柄朝上,锯除四块凹槽余料,余料薄壁处打吊环孔,防止掉落砸伤机床,经过锯床加工铣床工序可以节省168小时工时,再上普车,半精车吊钩轴外圆及钩身端面作为车床取出工件的长度粗基准;
C.钩身加工工序:
1)按照车床光出的钩柄进行分取中心线,TK6916镗床铣去钩身平面余量,工作台转45度,铣平平面作为翻身垫平基准,大头朝主轴,钩柄V型块装夹工件,钩尖处垫等高块,使用高度尺粗校校平划线,使用百分表校正钩柄上母线及侧母线,微调后允差<0.1mm,工件大端面挑出>525mm;
2)按三维软件生成加工程序单建立工件坐标系,用D200R10铣刀粗、精铣钩体尾部轮廓,铣削深度370mm,光出一刀侧壁为后续角度基准,需保留两端车床中心孔;
3)吊钩竖起底部垫平,钩柄圆与工作台回转校至同心,按基准找正角度;
4)依次旋转工作台,面铣刀铣钩身厚度至480mm;
5)使用试切法将加工坐标系建于图纸十字中心线交点处,Z向为φ480钩柄圆心处;
6)调轮廓程序,跳转程序至最大轮廓,工件坐标系上台,试切最大轮廓边,检查加工余量是否均匀;测量轮廓边、总长是否符合图纸要求;
7)使用开粗程序进行开粗,程序中余量已留单边15mm;
8)旋转工作台,45°夹角处建立工件坐标系,按程序粗、精铣钩腔夹角曲面,依次旋转分8次加工;
D.精加工螺纹
1)双顶装夹,校正工件后刀刻总长线,钩柄留工艺台阶;
2)粗、精车上偏差φ439.56至下偏差φ439.16、φ380、上偏差φ450至下偏差φ449.845、及锥度、R角、倒角2-5X45°到图纸要求;
3)按程序粗、精车TY440×48梯形圆螺纹,由于顶部圆角较小,在粗加工程序中不考虑该部位开粗,直接用斜面过渡,底部圆角较大,必须将该部位残余材料清除,在精加工前使加工余量充足均匀。刀具选用普通切槽刀,切槽刀宽略小于螺纹底部圆角半径。
精加工选用球头刀,刀头半径略小于底部圆角半径。根据牙型形状,圆弧部分按角度变化进刀,受力斜面部分按线性变化进刀,每进刀一次,走一次螺纹循环程序,直至分度结束。根据切削原理,进刀从外往里,左右分刀切削进给,如果检测螺纹齿厚偏大,以其中一条程序偏移零点,重新加工,节约加工时间;
4)去刺,倒角,自检合格后报检;
E.吊钩与吊钩螺母涂抹牛油装配旋和:
此工序极为关键,钩柄朝下吊具需将钩体吊水平,转动钩身,行车慢慢下降,旋和到装配图纸指定位置,如果任何一个环节没有配合好,会使螺纹接触不良,产生磕碰剂出硬点将螺母与钩颈螺纹卡死;
1)螺母装配完上TK6916镗床打表校正吊钩圆柱轴上母线及侧母线后压板固定;
2)铣去两头工艺搭子,保证钩体总长尺寸2840mm,吊钩螺母与吊钩柄按图纸尺寸一起加工宽度100+0.4 +0.2mm深度40mm的防松槽;
3)点钻2-M30螺纹底孔至φ26.5深度钻到75mm,攻2-M30螺纹深度攻到60mm。
2.根据权利要求1所述的大型高强度合金钢四爪吊钩,其特征是:四爪吊钩高2840mm、钩体宽2030mm、净重7.7t。
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