CN108568645B - 一种薄壁管壳类淬硬件的加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种薄壁管壳类淬硬件的加工方法，具体包括以下步骤：下料或成形毛坯；粗加工待加工件内外形；淬火；粗车内径；采用两层包裹式夹具夹紧工件内腔粗车外形；采用碟簧夹具夹紧工件内腔半精车外径；进行人工时效，保温；采用弹性气囊夹具夹紧工件内腔，精车外形；把精车外形后的工件放入半开式夹具中对内孔进行精加工。本发明通过采用各种夹具，实现了适用于薄壁淬硬件的定位夹紧，采用的加工工艺保证了加工精度，本发明适用于各种薄壁淬硬件加工、定位精度高、操作简单、装卸工件方便、夹紧力可均匀作用在装夹工件上、夹紧力可根据不同情况进行调整。适用各种薄壁淬硬件的定位和夹紧，加工范围广、适用性强。

Description

一种薄壁管壳类淬硬件的加工方法

技术领域

本发明属于机械加工领域，具体涉及一种薄壁管壳类淬硬件的加工方法。

背景技术

目前，我单位薄壁管壳类淬硬件使用35CrMnSiA钢管类材料，粗加工后进行淬火处理，抗拉强度大于1300Mpa。在使用数控车床批量生产过程中所使用的夹具装置，采用开槽涨瓦式开口夹瓦夹紧装置，对薄壁淬硬件进行夹紧。在加工过程中，为了方便工件在夹具上的装卸，夹瓦的内径尺寸和所装夹工件的外径尺寸同涨瓦的外径尺寸与所装夹的内径尺寸存在着一定间隙。由于液压类气动夹紧装置的夹紧力较大，夹具的夹瓦和工件接触面积小，夹紧力没有均匀的作用在工件表面上，产生变形，使生产中薄壁淬硬件产品的关键尺寸，在加工后经常处在上、下极限尺寸或出现超差问题。而且由于加工工艺过程不足，导致加工精度不高，质量不稳定废品率较高。

发明内容

本发明的目的是提供一种薄壁管壳类淬硬件的加工方法，解决了质量不稳定废品率较高的问题，还解决了薄壁管壳类淬硬件加工中出现的夹紧变形问题。

本发明的技术方案为：一种薄壁管壳类淬硬件的加工方法，其特征在于：具体包括以下步骤：

S1、下料或成形毛坯；

S2、粗加工待加工件内外形；

S3、淬火；

S4、粗车内径；

S5、采用两层包裹式夹具夹紧工件内腔，粗车外形，使形位公差达到0.07mm-0.10mm；

S6、采用碟簧夹具夹紧工件内腔，半精车外径，切削参数为：切削速度V＝(130-150)m/min，进给量f＝(0.15-0.2)mm/r，吃刀深度ap＝(0.5-1)mm，使形位公差达到0.05mm-0.07mm；

S7、进行人工时效，保温；

S8、采用弹性气囊夹具夹紧工件内腔，精车外形，切削参数为：切削速度V＝(150-180)m/min，进给量f＝(0.1-0.15)mm/r，吃刀深度ap＝(0.1-0.2)mm，使形位公差达到0.02mm以内；

S9、把精车外形后的工件放入半开式夹具中，夹具的内孔直径与工件外圆直径一致，压紧工件，对内孔进行精加工，切削参数为：切削速度V＝(150-180)m/min，进给量f＝(0.1-0.15)mm/r，吃刀深度ap＝(0.1-0.2)mm。

有益效果：本发明采用的加工工艺保证了加工精度，在不同加工阶段，通过采用各种夹具，实现了适用于薄壁淬硬件的定位夹紧，应用于薄壁管壳类淬硬件等多种产品薄壁淬硬工件生产中，解决了对产品生产中薄壁淬硬件在夹紧力作用下产生的变形问题。本发明适用于各种薄壁淬硬件加工、定位精度高、操作简单、装卸工件方便、夹紧力可均匀作用在装夹工件上、夹紧力可根据不同情况进行调整。适用各种薄壁淬硬件的定位和夹紧，加工范围广、适用性强。

附图说明

图1为本发明的两层包裹式夹具实施例结构图

图2为本发明的碟簧夹紧夹具实施例结构图

图3为本发明的气囊弹性夹具实施例结构图

图4为本发明的半开式夹具实施例结构图；

图5为图4的右视图；

图6为图4的B-B视图；

图7为压盖的剖视图；

图8为图7的D-D视图；

图9为图7的E-E视图。

具体实施方式

为使本发明的目的、内容和优点更加清楚，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。

本发明提供一种薄壁管壳类淬硬件的加工方法，其特征在于：具体包括以下步骤：

S1、下料或成形毛坯

本零件采用管料35CrMnSiA加工，若零件结构不宜采用管料加工，为了避免材料浪费，对于不需要承受高过载。若零件需承受一定高过载，其综合机械性能有相应要求，则在能够节约成本的前提下可考虑采用模锻成型毛坯，但须根据产品设计要求提出相应的毛坯制作技术要求。

S2、普车

粗加工内外形，外形按成品尺寸留量2.5mm，内孔按成品尺寸留量3mm，工件全长留量4mm。

切削参数为：切削速度V＝(130-200)m/min，进给量f＝(0.3-0.4)mm/r，吃刀深度ap＝(3-5)mm。

使用冷却液充分冷却。

S3、淬火

淬火温度880℃，保温1-1.5h，油冷20℃-80℃8分钟，回火460℃-500℃，保温1.5h-2h，抗拉强度1100-1200MPa。

S4、粗车内径

使用数控机床的液压卡盘上的扇形卡爪，卡爪在机床上进行自车，使得卡爪的弧形与工件外圆完全吻合，保证装夹后卡爪的扇形面与工件完全接触。内孔按成品尺寸留量2mm，

切削参数为：切削速度V＝(130-150)m/min，进给量f＝(0.3-0.4)mm/r，吃刀深度ap＝(3-5)mm。

S5、粗车外形

粗加工采用数控机床，由于原材料为薄壁管料，采用两层包裹式夹具，最外层弹性夹瓦为高强度弹簧钢65Mn热处理后硬度可达HRC50-55,夹瓦外表面在热处理后再磨床上精加工，表面粗糙度可达Ra0.8，保证磨削后的尺寸完美契合工件的内孔。刀具刀尖圆弧为R0.4mm。粗加工的加工余量在直径方向上为(1.5-2)mm，端面为(2-3)mm。切削参数为：切削速度V＝(130-150)m/min，进给量f＝(0.2-0.3)mm/r，吃刀深度ap＝(1.5-2)mm。

所述两层包裹式夹具包括第一法兰盘1、螺钉2、第一本体3、螺钉4、涨瓦5、涨块6、第一拉芯7、涨圈8和第一挡板9；

第一法兰盘1的后端与机床主轴相连接，前端通过螺钉2连接了第一本体3，本体从后向前为直径渐小的圆锥面；第一拉芯7设置在本体内通过机床主轴带动其前后运动；

在第一本体3外装有涨块6，涨块的内表面与本体的外圆锥面相匹配，涨块的外表面为圆柱面；涨块6前端通过第一挡板9与第一拉芯7固定连接；在涨块6上固定3个涨圈8，在涨圈8上套有涨瓦5，涨瓦5通过螺钉4连接在第一本体3上。

将工件套在涨瓦5上，靠紧定位，第一拉芯7带动第一挡板9拉动涨块6向主轴方向运动，同时通过滑动使涨瓦5涨紧，夹紧工件。

采用该夹具加工精度以及形位公差可达0.07mm-0.10mm，适用于工件壁厚7mm-9mm的大批量工件的外形半精加工工序或精度要求不高的工件的最终外形加工工序。

S6、半精车外径

半精车外径采用数控机床，使用碟簧夹具，通过涨块6与涨瓦5的2次传递，最大限度的减小上弹体内腔的受力情况，使碟簧产生受力变形后，使碟簧的外径产生0.3-0.5mm稳定可靠的弹性圆周变形均匀的作用在工件内腔的表面上，夹紧工件。工件的变形小，且为弹性变形。切削参数为：切削速度V＝(130-150)m/min，进给量f＝(0.15-0.2)mm/r，吃刀深度ap＝(0.5-1)mm。

所述碟簧夹具包括第一第二法兰盘10、螺钉11、第二本体12、第二拉芯13、碟簧14、保护套15、第二挡板16和密封圈17；

第一第二法兰盘10的一端与机床主轴相连接，另一端通过螺钉11连接了第二本体12，在第二本体12中通过滑动配合安装了第二拉芯13，第二拉芯13一端与主轴油缸相连，另一端连接了第二挡板16，在第二挡板16上面安装了密封圈17，碟簧14与保护套15交替穿插在拉芯上，位于第二本体12另一端与第二挡板16之间；

保护套15保护了第二本体12与第二拉芯13，同时可以调整碟簧14的夹紧位置，夹紧宽度，保护薄壁筒形件内腔的受力面积与接触点位置。

碟簧14为多点圆周接触。

将薄壁筒形件套在夹具上，开口端靠紧本体的定位面，油缸带动拉芯使碟簧夹紧工件，完成装夹，开始加工。加工完成后取下工件即可。

加工精度以及形位公差可达0.05mm-0.07mm，适用壁厚大于6mm的大批量工件的外形精加工工序，或是高精度工件外形的半精加工。

S7、时效

人工时效200℃，24h保温

S8、精车外形

精车外径使用数控机床或车削中心，采用弹性气囊夹具，充气气囊本身具有弹性，气囊撑紧力均匀的作用在薄壁工件上，气囊弹性力的大小可以用安全阀设定，气囊撑紧力的大小根据薄壁工件的壁厚和强度以及切削力的大小情况进行调节，切削参数为：切削速度V＝(150-180)m/min，进给量f＝(0.1-0.15)mm/r，吃刀深度ap＝(0.1-0.2)mm。

所述弹性气囊夹具包括第三本体18、气囊19、定位挡环20、安全阀21、带单向阀的快换管接头22、快速放气阀23、螺钉25和第三法兰盘26；

第三本体18通过螺钉25固定在机床上第三法兰盘26上，把气囊19装在第三本体18上，气囊19的各个连接管接头放入夹具本体相应的定位孔中，把定位挡环20安装在第三本体18上，安全阀21、快速换气阀23安装在第三本体18上相应的定位孔中并和气囊的相对应管接头相连，带单向阀的快换管接头22从定位挡环20的定位孔中穿过并和气囊19管接头相连，检查各接头进行气密性测试，将工件24装在夹具体18的定位台和定位挡环20的定位面上，实现对薄壁工件的定位，通过带单向阀的快换管接头22对气囊19进行充气，通过安全阀设定气囊19的空气压力，充气结束后在气囊19的弹性力作用下把工件24撑紧，实现对工件24的夹紧，加工有色金属薄壁工件。检测工件24，调整气囊压力，工件加工结束后拉动快速放气阀23手柄，对气囊19进行放气，达到图纸要求后，卸下工件24，检测合格后，开始批量加工。

加工精度以及形位公差可达0.02mm以内，适用于壁厚2mm-5mm的大批量高精度工件的外形精加工工序。

S9、精车内径

把精车外形后的工件放入半开式夹具中，夹具的内孔直径与工件外圆直径基本一致，锁紧螺钉25的锥面和压盖23的斜面相互接触，旋紧锁紧螺钉25，压紧工件，旋紧力的大小不要过紧，根据薄壁工件的壁厚和强度以及切削力的大小情况进行调节，对内孔进行精加工。切削参数为：切削速度V＝(150-180)m/min，进给量f＝(0.1-0.15)mm/r，吃刀深度ap＝(0.1-0.2)mm。

所述半开式夹具包括第四法兰盘27、螺栓28、第四夹具体29、定位器30、转轴31、压盖32、弹簧33、锁紧轴34；第四法兰盘27后端通过螺栓28固定在机床上，前端与第四夹具体29固定在一起，

第四夹具体29前部开有一定长度的半圆弧槽，压盖的外形与该半圆弧槽匹配并安装在内，与夹具体形成一体夹紧筒类工件的外圆，压盖固定端通过转轴31与夹具体转动连接，活动端通过锁紧轴34与夹具体锁紧；固定端和活动端均与中心轴线平行；

压盖32通过转轴31固定在夹具体上，转轴31相对于压盖32的转轴孔和第四夹具体29的定位孔间隙控制在0.05mm以内，使压盖32能够通过转轴31在第四夹具体29上做自如开合旋转动作，锁紧轴34中部设有带锥度的圆锥面，与压盖32上的锁紧孔斜面一致，通过旋紧锁紧轴34，锁紧轴34的小锥度圆锥面向内移动和压盖32的锁紧孔小锥度斜面接触，压紧压盖32，达到压紧淬火薄壁筒类工件的功能；在压盖活动端面与夹具体相接处端面间设有弹簧33；松开锁紧轴后可以弹开压盖；

定位器30一端与机床主轴连接，另一端穿过法兰盘，位于夹具体后部的中心孔内，用于顶紧定位圆筒形工件。

使用前将整套夹具装配后固定在使用机床上，第四夹具体29和压盖32前后端面加一薄垫片，使夹具体和压盖之间有一定缝隙，旋转锁紧轴，在使用机床上进行整体加工，夹具夹紧工件的定位孔加工到所装夹的淬火薄壁筒类工件外径公差的最大极限尺寸，达到夹具装夹工件的定位精度和装夹接触面积。松开锁紧轴，在弹簧的作用下，弹开压盖，便于薄壁筒类工件的装卸。旋紧锁紧轴的力的大小根据加工淬火薄壁筒类形件的切削力的大小适当调节。加工精度以及形位公差可达0.01mm-0.03mm，适用于壁厚5mm-7mm的大批量高精度工件的内孔精加工工序。

本发明对于精度高、精加工余量小、工件壁厚小于4mm强度高的薄壁工件，采用弹性气囊夹具，气囊本身具有弹性，所产生的夹紧力均匀作用在夹紧工件的圆周表面或轴向端面上，所产生的夹紧力小于工件的变形力，夹紧力应大于切削力。

因为碟簧是不开口的在液压类气动夹紧力的作用下，使碟簧产生的较小弹性变形均匀作用在装夹工件表面上，实现工件的定位和夹紧。工件产生的变形小，定位精度高。

针对薄壁零件公差小，内孔止口加工中采用半开式夹具，相对于液压和气动夹具夹具装置，机械类夹紧力相对较小并且根据切削力的大小可以进行调整。半开式夹具的夹紧定位内孔尺寸，在夹紧的状态下，整体加工到装夹工件的最大极限尺寸。在装夹工件时，装夹面积大，夹紧力均匀作用在所夹紧的工件上，夹紧所产生的变形小，满足较高精度薄壁淬硬件内孔加工的要求。

采用工作状态下修磨定位夹紧面两层包裹式夹具定位夹紧方法。涨紧力直接作用在夹紧的工件上被夹紧的薄壁淬硬件容易产生变形，在设计夹具时，采用了涨瓦的定位夹紧面上，包裹了用于吸收部分涨紧力，使夹紧力更均匀作用在加工工件定位夹紧面的第二层夹套，在使用两层包裹式夹具前施加外力调整拉芯，使夹具涨瓦产生变形，作用在第二层夹套上，并产生变形达到工作状态，在工作状态下，对第二层夹套定位夹紧面进行修磨，加工到所涨紧工件内孔略小尺寸，在外力消除后，第二层涨套产生变形，涨套直径缩小，在使用过程中所加工的工件可方便的装夹到涨瓦上，在加工过程中采用工作状态下修磨定位夹紧面的两层包裹式夹具，第二层夹套涨紧后的尺寸和所装夹的工件尺寸基本一致，接触面积大，第二层夹套吸收部分夹紧力，使夹紧力均匀作用在装夹工件上，变形较小，可以保证产品的加工质量。

Claims (6)

1.一种薄壁管壳类淬硬件的加工方法，其特征在于：具体包括以下步骤：

S1、下料或成型毛坯；

S2、粗加工待加工件内外形；

S3、淬火；

S4、粗车内径；

S5、采用两层包裹式夹具夹紧工件内腔，粗车外形，使形位公差达到0.07mm-0.10mm；

所述两层包裹式夹具包括第一法兰盘(1)、第一本体(3)、涨瓦(5)、涨块(6)、第一拉芯(7)、涨圈(8)和第一挡板(9)；第一法兰盘(1)前端与第一本体(3)固定连接，第一本体(3)的外表面为从后向前为直径渐小的圆锥面；第一拉芯(7)设置在第一本体(3)内；在第一本体(3)外装有涨块(6)，涨块(6)前端通过第一挡板(9)与第一拉芯(7)的前端固定连接；在涨块(6)上固定多个涨圈(8)，在涨圈(8)上套有涨瓦(5)，涨瓦(5)固定在第一本体(3)上；

S6、采用碟簧夹具夹紧工件内腔，半精车外径，切削参数为：切削速度V＝130-150m/min，进给量f＝0.15-0.2mm/r，吃刀深度ap＝0.5-1mm，使形位公差达到0.05mm-0.07mm；.

所述碟簧夹具包括第二法兰盘(10)、第二本体(12)、第二拉芯(13)、碟簧(14)、保护套(15)和第二挡板(16)；第二法兰盘(10)的一端与第二本体(12)的一端固定连接，在第二本体(12)中通过滑动配合安装了第二拉芯(13)，第二拉芯(13)一端连接第二挡板(16)，碟簧(14)与保护套(15)交替穿插在第二拉芯上，碟簧(14)位于第二本体(12)另一端与第二挡板(16)之间；

S7、进行人工时效，保温；

S8、采用弹性气囊夹具夹紧工件内腔，精车外形，切削参数为：切削速度V＝150-180m/min，进给量f＝0.1-0.15mm/r，吃刀深度ap＝0.1-0.2mm，使形位公差达到0.02mm以内；

所述弹性气囊夹具包括第三本体(18)、气囊(19)、定位挡环(20)和第三法兰盘(26)；第三本体(18)固定在第三法兰盘(26)上，气囊(19)安装在第三本体(18)前部的小直径圆柱面上，气囊(19)的各个连接管接头放入第三本体(18)相应的定位孔中，定位挡环(20)安装在第三本体(18)前端；工件套在气囊外，工件安装在第三本体的定位台和定位挡环(20)的定位面上；

S9、把精车外形后的工件放入半开式夹具中，夹具的内孔直径与工件外圆直径一致，压紧工件，对内孔进行精加工，切削参数为：切削速度V＝150-180m/min，进给量f＝0.1-0.15mm/r，吃刀深度ap＝0.1-0.2mm；

所述半开式夹具包括第四法兰盘(27)、第四夹具体(29)、定位器(30)、转轴(31)、压盖(32)、弹簧(33)、锁紧轴(34)；第四法兰盘(27)后端固定在机床上，前端与第四夹具体(29)固定在一起，第四夹具体(29)前部开有一定长度的半圆弧槽，压盖的外形与该半圆弧槽匹配，与第四夹具体形成一体夹紧工件的外圆，压盖固定端通过转轴(31)与第四夹具体转动连接，活动端通过锁紧轴(34)与第四夹具体锁紧；定位器(30)一端与机床主轴连接，另一端穿过第四法兰盘，位于第四夹具体后部的中心孔内；在压盖活动端的端面与相接触的第四夹具体的端面间设有弹簧(33)；锁紧轴(34)中部设有带锥度的圆锥面，与压盖(32)上的锁紧孔斜面一致，旋紧锁紧轴(34)，锁紧轴(34)的圆锥面向内移动和压盖(32)的锁紧孔斜面接触，压紧压盖。

2.根据权利要求1所述的一种薄壁管壳类淬硬件的加工方法，其特征在于：S2中，待加工件外形按成品尺寸留量2.5mm，内孔按成品尺寸留量3mm，工件全长留量4mm。

3.根据权利要求1所述的一种薄壁管壳类淬硬件的加工方法，其特征在于：S3中，淬火温度880℃，保温1-1.5h，油冷20℃-80℃ 8分钟，回火460℃-500℃，保温1.5h-2h。

4.根据权利要求1所述的一种薄壁管壳类淬硬件的加工方法，其特征在于：S5中，刀具刀尖圆弧为R0.4mm，粗加工的加工余量在直径方向上为1.5-2mm，端面为2-3mm；切削参数为：切削速度V＝130-150m/min，进给量f＝0.2-0.3mm/r，吃刀深度ap＝1.5-2mm。

5.根据权利要求1所述的一种薄壁管壳类淬硬件的加工方法，其特征在于：安全阀(21)、快速换气阀(23)安装在第三本体(18)上相应的定位孔中并和气囊的相对应管接头相连，带单向阀的快换管接头(22)从定位挡环(20)的定位孔中穿过并和气囊(19)的管接头相连。

6.根据权利要求1-5任一项所述的一种薄壁管壳类淬硬件的加工方法，其特征在于：S7中，人工时效200℃，保温24h。