CN109352283A - 一种回转轴的制造方法 - Google Patents

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    • C21D9/00—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
    • C21D9/28—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for plain shafts

Abstract

本发明公开了一种回转轴的方法，包括以下步骤：用锻件锻造轴头，并根据预设的回转轴的外径D和长度L来确定轴头的加工余量；对锻造后的轴头进行热处理；将主轴的两端分别与轴头焊接得到预成型回转轴；将预成型回转轴进行机械加工得到外径为D和长度为L的回转轴。本发明的制造方法合理，并通过各个步骤中的参数控制，最终保证了制造质量和控制成本。

Description

一种回转轴的制造方法
技术领域
本发明涉及机械加工领域，具体涉及一种回转轴的制造方法。
背景技术
随着国家航天事业腾飞，对与之相配套的发射塔架提出更高的要求。为了保证发射塔架能够支撑多种型号火箭、高频次发射任务需求，新型发射塔架应运而生，有必要对新型发射塔架的制造技术进行研究。
回转轴是新型火箭发射架的一个重要组成部分，火箭发射架是由固定塔架结构和回转塔架结构组成，火箭组装时，位于回转塔架之中，即左右两套回转塔架将火箭紧密的包围在其内部。火箭组装完毕后，发射之前，回转台架分别向左右旋转开启，火箭暴露在视野中，随后点火发射。所谓的回转轴就是连接固定塔架和回转塔架之间的桥梁，也相当于是门叶的“铰链”中的轴。
现有的有此类功能的回转轴的规格一般较小，一般采用实心圆钢机械加工而成，这种轴可以采用任何规格大于轴直径的圆钢，随着轴的直径和长度的增大，使用实心圆钢制造轴的成本增大、轴的重量增大、加工难度增大，制造成本波动较大，而且火箭发射架回转轴的规格巨大、制造难度大、成本较高、精度要求较大，现有的回转轴制造方法不能满足火箭发射架回转轴的要求。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种回转轴的制造方法，解决了火箭发射架巨型回转轴的制造难度大的问题。
为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：
一种回转轴，该回转轴包括：空心的主轴和连接于所述主轴两端的实心的轴头，所述主轴与所述轴头同轴设置且外径相等。
在上述技术方案的基础上，所述主轴和所述轴头的材料均采用35CrMo的钢材。
在上述技术方案的基础上，所述回转轴的外径为D，且400<D≤550mm。
在上述技术方案的基础上，所述回转轴的外径为D，所述回转轴的长度为L，且15D<L≤20D。
本发明还提供一种制造上述回转轴的方法，包括以下步骤：
用锻件锻造所述轴头，并根据预设的回转轴的外径D和长度L来确定所述轴头的加工余量；
对锻造后的轴头进行热处理；
将主轴的两端分别与轴头焊接得到预成型回转轴；
将所述预成型回转轴进行机械加工得到外径为D和长度为L的回转轴。
在上述技术方案的基础上，所述锻件采用35CrMo的钢材。
在上述技术方案的基础上，预设的回转轴的外径D为：400<D≤550mm，15D<L≤20D。
在上述技术方案的基础上，根据预先选择的锻件锻造所述轴头，并根据预设的回转轴的外径D和长度L来确定所述轴头的加工余量，具体包括：
根据预设的回转轴的外径D和长度L确定所述轴头的外径的加工余量△D为：27mm≤△D≤53mm；
根据所述轴头的外径的加工余量△D确定所述轴头的长度的加工余量△L为：△L＝3.5△D。
在上述技术方案的基础上，将主轴的两端分别与轴头焊接得到预成型回转轴，具体包括以下步骤：
将主轴的两端装配轴头后放置于旋转胎架上，保持所述主轴与所述轴头的轴线的同轴度不大于1mm；
焊接前，对主轴的两端与轴头进行预热处理，预热温度为200～350℃，预热时间10分钟以上；
焊接后，对主轴的两端与轴头进行后热处理，后热温度约为300℃，后热时间为1.5个小时以上。
在上述技术方案的基础上，将主轴的两端分别与轴头焊接得到预成型回转轴，具体还包括以下步骤：完成后热处理后，对主轴与轴头进行退火处理，加热温度500～650℃，保温时间2～3h。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
(1)本发明的回转轴的两端使用实心轴头、中间的主轴使用空心钢管，轴头和空心钢管焊接而成，极大地减轻了回转轴1的重量、降低了材料采购成本和制造难度。
(2)本发明的回转轴的制造方法合理，并通过各个步骤中的参数控制，最终保证了制造质量和控制成本，解决了火箭发射架巨型回转轴的制造难度大的问题。
附图说明
图1为本发明实施例中回转轴的结构示意图。
图中：1-回转轴，10-主轴，11-轴头。
具体实施方式
以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明。
实施例1：
参见图1所示，本发明实施1提供一种回转轴，该回转轴1包括：空心的主轴10和连接于主轴10两端的实心的轴头11，主轴10与轴头11同轴设置且外径相等。
现有的回转轴的型式为规格较小的轴，一般采用实心圆钢机械加工而成，这种回转轴可以采用任何规格大于轴直径的圆钢，但是随着轴的直径和长度的增大，使用实心圆钢制造轴的成本增大、轴的重量增大、加工难度增大，制造成本波动较大。
本发明实施例1中回转轴1的两端使用实心轴头11、中间的主轴10使用空心钢管，轴头11和空心钢管焊接而成。本发明实施例1中回转轴1的结构型式极大地减轻了回转轴1的重量、降低了材料采购成本和制造难度。
进一步的，主轴10和轴头11的材料均采用35CrMo的钢材。一般情况下，现有的回转轴通常选用40Cr材料，因为40Cr与35CrMo的抗拉强度和屈服强度相近，它们均能满足发射架回转轴的抗拉强度和屈服强度需求。但是本发明实施例1中的回转轴1的工作环境特殊，发射架所处的地理位置昼夜温差相差大、火箭发射时冲击载荷巨大、振动频率大、需承受火箭发射时的高温等因素，选择的35CrMo材质的钢材具有：冲击韧性较高、疲劳极限高、淬透性较40Cr高、高温下有高的蠕变强度与持久强度、长期工作温度可达500℃等特点。
进一步的，回转轴1的外径为D，且400<D≤550mm。本发明实施例1中的回转轴1的外径为D为500mm。
进一步的，回转轴1的外径为D，回转轴1的长度为L，且15D<L≤20D。本发明实施例1中的回转轴1的长度L＝8950mm。
实施例2：
一种制造实施例1中的回转轴的方法，包括以下步骤：
用锻件锻造轴头11，并根据预设的回转轴1的外径D和长度L来确定轴头11的加工余量；
对锻造后的轴头11进行热处理；
将主轴10的两端分别与轴头11焊接得到预成型回转轴；
将预成型回转轴进行机械加工得到外径为D和长度为L的回转轴1。
本发明实施例2的制造方法合理，并通过各个步骤中的参数控制，最终保证了制造质量和控制成本。根据回转轴1的力学性能要求，确定空心主轴10的壁厚；根据成本要求，选择两端轴头11采用锻造型式，锻造轴头11的成本低。
进一步的，锻件采用35CrMo的钢材。由于发射架所处的地理位置昼夜温差相差大、火箭发射时冲击载荷巨大、振动频率大、需承受火箭发射时的高温等因素，选择的35CrMo材质的钢材具有：冲击韧性较高、疲劳极限高、淬透性较40Cr高、高温下有高的蠕变强度与持久强度、长期工作温度可达500℃等特点。
优选的，预设的回转轴1的外径D为：400<D≤550mm，15D<L≤20D。本发明实施例2中的回转轴1的外径为D为500mm，回转轴1的长度L＝8950mm。
由于加工余量过小导致精度达不到，加工余量过大时导致制造成本增大，通过下表选择合理的加工余量来控制制造成本。
根据JB/T9179.2-2013及表1中相关加工余量要求得知：
表1圆轴和矩形截面类钢质自由锻件的机械加工余量与公差
根据预先选择的锻件锻造轴头11，并根据预设的回转轴1的外径D和长度L来确定轴头11的加工余量，具体包括：
根据预设的回转轴1的外径D和长度L确定轴头11的外径的加工余量△D为：27mm≤△D≤53mm；
根据轴头11的外径的加工余量△D确定轴头11的长度的加工余量△L为：△L＝3.5△D。
进一步的，对锻造后的轴头11进行热处理，具体的参数选择如表2所示：
表2材质35CrMo钢锻后热处理—热装炉正火等温缓冷工艺参数
进一步的，将主轴10的两端分别与轴头11焊接得到预成型回转轴，具体包括以下步骤：
焊接时为了控制焊接精度，将主轴10的两端装配轴头11后放置于旋转胎架上，保持主轴10与轴头11的轴线的同轴度不大于1mm；
焊接前，对主轴10的两端与轴头11进行预热处理，预热温度为200～350℃，预热时间10分钟以上；
焊接后，对主轴10的两端与轴头11进行后热处理，后热温度约为300℃，后热时间为1.5个小时以上。
焊接前后热处理温度参数选择：35CrMo属于中碳调质钢，碳当量约为0.72％＞0.60％，钢材的淬硬倾向强，焊接要求高，应采取焊前预热和后热措施。预热温度约为200～350℃，保持10分钟以上；后热温度为300℃左右，保持1.5个小时以上。
表3 35CrMo金属焊接性
进一步的，将主轴10的两端分别与轴头11焊接得到预成型回转轴，具体还包括以下步骤：完成后热处理后，对主轴10与轴头11进行退火处理，加热温度500～650℃，保温时间2～3h。
回转轴1焊接过后，为了消除残余内应力，提高工件的尺寸稳定性，防止变形和开裂，应进行退火处理，加热温度500～650℃，保温时间2～3h。
焊后消去应力方法包括：
1、对工件在热处理过程中的放置方法，应尽可能防止结构的的整体变形或局部变形；在热处理前对构件采取必要的加强措施，焊缝两侧各1米内，使用4组垫铁进行加固，以防止工件变形；
2、升温过程中300℃以后升温速度不大于70℃/h；
3、根据所用材料及防止焊件表面过度氧化、变形等综合考虑选用温度620±20℃，保温时间2.5小时，热处理过程中严禁温度超过650℃；
4、高于350℃时降温速度不大于90℃/h，在350℃以下时可以空气中冷却。
最后将预成型回转轴进行机械加工具体包括：由于回转轴的规格和重量大，机械加工时应使用中心支架，防止加工变形：
S1、划线：以轴外形找正，划两端中心孔线，修研两端中心孔；
S2、钻两端中心孔；
S3、粗车：夹一轴头11，顶尖顶另一端中心孔，粗车轴头外圆尺寸；
S4、粗车：倒头装夹轴头11，顶另一端中心孔，粗车轴头11外圆尺寸；
S5、精车：夹一轴头11，顶尖顶另一端中心孔，精车车轴头11外圆尺寸，精车外圆尺寸至图样要求尺寸，注意留磨削余量；
S6、精车：精车：夹一轴头11，顶尖顶另一端中心孔，精车车轴头11各外圆尺寸，精车至图样要求尺寸，注意留磨削余量；
S7、磨：用两顶尖装夹工件，辅助中心支架，磨削外圆尺寸至图样要求尺寸、外圆尺寸至图样要求尺寸；
S8、划线：划两处键槽线；
S9、铣：铣键槽两处；
S10、检验：按图样检查各部尺寸精度；
S11、涂油入库。
最终制得的回转轴的成本低、精度高、满足火箭发射架回转轴的工作环境的要求。
本发明不局限于上述实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围之内。本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (10)

1.一种回转轴，其特征在于，该回转轴(1)包括：空心的主轴(10)和连接于所述主轴(10)两端的实心的轴头(11)，所述主轴(10)与所述轴头(11)同轴设置且外径相等。
2.如权利要求1所述的回转轴，其特征在于，所述主轴(10)和所述轴头(11)的材料均采用35CrMo的钢材。
3.如权利要求1所述的回转轴，其特征在于，所述回转轴(1)的外径为D，且400<D≤550mm。
4.如权利要求1所述的回转轴，其特征在于，所述回转轴(1)的外径为D，所述回转轴(1)的长度为L，且15D<L≤20D。
5.一种制造如权利要求1所述的回转轴的方法，其特征在于，包括以下步骤：
用锻件锻造所述轴头(11)，并根据预设的回转轴(1)的外径D和长度L来确定所述轴头(11)的加工余量；
对锻造后的轴头(11)进行热处理；
将主轴(10)的两端分别与轴头(11)焊接得到预成型回转轴；
将所述预成型回转轴进行机械加工得到外径为D和长度为L的回转轴(1)。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述锻件采用35CrMo的钢材。
7.如权利要求5所述的方法，其特征在于，预设的回转轴(1)的外径D为：400<D≤550mm，15D<L≤20D。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，根据预先选择的锻件锻造所述轴头(11)，并根据预设的回转轴(1)的外径D和长度L来确定所述轴头(11)的加工余量，具体包括：
根据预设的回转轴(1)的外径D和长度L确定所述轴头(11)的外径的加工余量△D为：27mm≤△D≤53mm；
根据所述轴头(11)的外径的加工余量△D确定所述轴头(11)的长度的加工余量△L为：△L＝3.5△D。
9.如权利要求5所述的方法，其特征在于，将主轴(10)的两端分别与轴头(11)焊接得到预成型回转轴，具体包括以下步骤：
将主轴(10)的两端装配轴头(11)后放置于旋转胎架上，保持所述主轴(10)与所述轴头(11)的轴线的同轴度不大于1mm；
焊接前，对主轴(10)的两端与轴头(11)进行预热处理，预热温度为200～350℃，预热时间10分钟以上；
焊接后，对主轴(10)的两端与轴头(11)进行后热处理，后热温度约为300℃，后热时间为1.5个小时以上。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，将主轴(10)的两端分别与轴头(11)焊接得到预成型回转轴，具体还包括以下步骤：完成后热处理后，对主轴(10)与轴头(11)进行退火处理，加热温度500～650℃，保温时间2～3h。
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