CN111112581A - 高锰钢零件及其加工装置和加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高锰钢零件，同时涉及一种高锰钢零件加工装置，以及一种高锰钢零件加工方法，属于高锰钢零件加工技术领域。本发明采用预埋碳钢芯块的方式，碳钢芯块直接把螺纹孔加工好，造型时将碳钢芯块预埋在砂型里面，利用高锰钢与碳钢的浇注温度差异原理，浇注后碳钢芯块就预埋在高锰钢零件所需要的起吊位置，高锰钢零件不用加工用于起吊螺钉装配的螺纹孔，大大节省了后期的加工成本。此外，当高锰钢零件上的螺纹孔需要精确位置时，也可以在芯块部分后期加工螺纹孔；相比在高锰钢材料上直接加工螺纹孔的方式，同样可以缩短高锰钢零件的加工时间，减少后期加工成本。本发明可以在高锰钢产品上广泛应用。

Description

高锰钢零件及其加工装置和加工方法

技术领域

本发明涉及一种高锰钢零件，同时涉及一种高锰钢零件加工装置，以及一种高锰钢零件加工方法，属于高锰钢零件加工技术领域。

背景技术

参见百度百科，本领域技术人员均可知晓，“高锰钢”是指含锰量在10％以上的合金钢。

高锰钢零件多用于矿用机械,破碎机械等大型产品,大都质量较大,部分产品没有起吊结构.需要加工吊耳螺钉安装的螺纹孔。高锰钢零件的锰含量通常为11％-18％,具有较高的塑性和韧性,在切屑加工中存在以下问题:加工硬化严重,高锰钢在切削过程中,由于塑性变形大,奥氏体组织转变为细晶粒的马氏体组织,从而产生严重的硬化现象。加工前硬度一般为HB200～HB220,加工后表面硬度可达HB450～HB550,硬化深度0.1mm～0.3mm,其硬化程度和深度要比45号钢高几倍。严重的加工硬化使切削力增大,加剧了刀具磨损,也容易造成刀具崩刃而损坏。切削温度高,由于切削功率大,产生的热量多,而高锰钢的导热系数比不锈钢还低,只有中碳钢的1/4,所以切削区温度很高。当切削速度小于50m/min时,高锰钢的切削温度比45号钢高200℃～250℃,因此,刀具磨损严重,耐用度降低。高锰钢韧性是45号钢8倍,切削时切屑不易卷曲和折断,断屑极困难。尺寸精度不易控制:高锰钢的线膨胀系数与黄铜差不多,在高的切削温度下,局部产生热变形,尺寸精度不易控制。这造成在高锰钢零件加工起吊螺钉安装的螺纹孔极其困难，尺寸精度也不容易控制。

发明内容

本发明所要解决的第一个技术问题是：提供一种高锰钢零件，以解决目前高锰钢零件上螺纹孔不易加工的难题，同时降低加工成本。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：高锰钢零件，采用铸件，并且在高锰钢零件中预埋有芯块，芯块用于设置高锰钢零件上的螺纹孔A。芯块材质满足铸造浇注温度高于高锰钢、同时易于机加工的要求即可。本发明中芯块材质优选为碳钢。

进一步的是：芯块用于设置螺纹孔A这一侧的外表面与高锰钢零件的外表面齐平。

进一步的是：螺纹孔A为设置在芯块上的盲孔。

进一步的是：芯块为圆柱体或者长方体。

进一步的是：芯块位于高锰钢零件内部的表面设置有凹槽；凹槽以轴线A为中心轴线呈环形分布，轴线A与螺纹孔A的中心轴线相平行或者为同一直线。

进一步的是：凹槽为连续设置的闭环结构；凹槽的截面为矩形；凹槽并排布置多圈。

相应地，本发明还提供一种高锰钢零件加工装置，包括砂型，砂型具有与高锰钢零件形状规格相匹配的型腔，型腔的内壁上固定设置有芯块，芯块用于设置高锰钢零件上的螺纹孔A。

进一步的是：芯块通过螺钉与砂型固定连接，芯块上具有用于连接螺钉的螺纹孔B，螺纹孔B为盲孔，螺钉的头部预埋于砂型中。

进一步的是：砂型包括上砂型、下砂型以及砂型结构的芯头活块，芯头活块布置于下砂型中，并且布置于下砂型与上砂型的结合面位置，螺钉的头部预埋于芯头活块中。

在具体实施时，本发明的加工方法包括如下步骤：

步骤一、制作砂型；

步骤二、浇注成型；

步骤三、清整，得到预埋有芯块的高锰钢零件；

步骤四、在芯块上加工得到螺纹孔A。

进一步的是：螺纹孔A的设置方式为下列方式中的任意一种：第一种为，在高锰钢零件铸造完成后，直接在芯块上加工得到螺纹孔A；第二种为，芯块上具有用于连接螺钉的螺纹孔B，以螺纹孔B直接作为螺纹孔A；第三种为，芯块上具有用于连接螺钉的螺纹孔B，在高锰钢零件铸造完成后，在螺纹孔B中拧入标准螺栓进行校形，以校形后的螺纹孔B作为螺纹孔A。

本发明的有益效果是：由上述生产实施过程可知，本发明采用预埋碳钢芯块的方式，碳钢芯块直接把螺纹孔加工好，造型时将碳钢芯块预埋在砂型里面，利用高锰钢与碳钢的浇注温度差异原理，浇注后碳钢芯块就预埋在高锰钢零件所需要的起吊位置，高锰钢零件不用加工用于起吊螺钉装配的螺纹孔，大大节省了后期的加工成本。此外，当高锰钢零件上的螺纹孔需要精确位置时，也可以在芯块部分后期加工螺纹孔；相比在高锰钢材料上直接加工螺纹孔的方式，同样可以缩短高锰钢零件的加工时间，减少后期加工成本。本发明能够有效解决高锰钢零件上螺纹加工困难的问题。

附图说明

图1是本发明的产品结构总成主视图；

图2是图1的A-A剖视图；

图3是本发明中的芯块主视图；

图4是本发明产品浇注砂型的合箱结构示意图；

图中标记为：1-高锰钢零件，2-芯块，3-螺纹孔A，31-凸起，4-凹槽，5-螺钉，6-螺纹孔B，7-上砂型，8-下砂型，9-芯头活块，10-型腔，11-浇道，12-冒口。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作进一步说明。

如图1至图3所示，高锰钢零件1采用如下方式实施：高锰钢零件1为铸件，高锰钢零件1中预埋有芯块2，芯块2用于设置高锰钢零件1上的螺纹孔A3。为避免在高锰钢材料上加工螺纹孔，螺纹孔A3优选为设置在芯块2上的盲孔，即所有的螺纹加工均在芯块2部位完成。芯块2材质满足铸造浇注温度高于高锰钢、同时易于机加工的要求即可。本发明中芯块2材质优选为碳钢。在实施时，高锰钢零件1可预埋一个或多个芯块2，在芯块2合理位置设计螺纹孔A3即可。根据需要可以有一个或多个螺纹孔A3。根据零件设计的要求，在便于加工、尺寸精度要求高的情况下，这个螺纹孔A3可以在零件浇注以后加工完成。在尺寸精度要求不高的情况下，这个螺纹孔A3也可以在零件浇注以前预先加工完成，其具体加工方式在后面的加工装置及加工方法部分再详细描述。

芯块2用于设置螺纹孔A3这一侧的外表面与高锰钢零件1的外表面齐平，这个面可以为平面或弧形面。采用齐平设置的方式，可以减少后期的加工量。

根据高锰钢零件1外形、质量及吊装要求，芯块2可以采用满足高锰钢零件1结构的随形不规则形状。为方便加工制作，芯块2优选为圆柱体或者长方体。

为了让芯块2更好地与产品本体连接在一起，芯块2位于高锰钢零件1内部的表面设置有凹槽4，在铸造加工后，该凹槽4部位可以与铸件本体上的凸块形成咬合结构。

凹槽4可以设置在位于高锰钢零件1内部的任意位置，结构也可采用任意形状。为便于加工制作，同时有效保证结构强度，优选设置方式为：凹槽4以轴线A为中心轴线呈环形分布，轴线A与螺纹孔A3的中心轴线相平行或者为同一直线。凹槽4采用环形分布的方式时，可以连续布置，也可以间断布置，为便于加工制作，本实施例中的凹槽4为连续设置的闭环结构；凹槽4的截面为矩形。此外，凹槽4可以设置一圈，也可以并排布置多圈，本实施例中设置为两圈。

相应地，本发明还提供一种高锰钢零件加工装置，如图4所示，其包括砂型，砂型具有与高锰钢零件1形状规格相匹配的型腔10，型腔10的内壁上固定设置有芯块2，芯块2用于设置高锰钢零件1上的螺纹孔A3。对于芯块2的固定可以有多种方式，例如螺钉5、销钉等常规连接方式，此外，也可直接将芯块2的端头预埋于砂型中，在零件浇注完成后，再切除该端头即可。

为便于实施，同时减小后期的加工量，芯块2的优选固定方式为：芯块2通过螺钉5与砂型固定连接，芯块2上具有用于连接螺钉5的螺纹孔B6，螺纹孔B6为盲孔，螺钉5的头部预埋于砂型中。螺纹孔B6为盲孔设计，可以防止浇注时高锰钢零件1的钢水进入螺纹孔B6中，同时螺纹孔B6中预先旋入了螺钉5，可以防止砂进入螺纹孔B6中。

为了便于砂型的制作与组装，砂型包括上砂型7、下砂型8以及砂型结构的芯头活块9，芯头活块9布置于下砂型8中，并且布置于下砂型8与上砂型7的结合面位置，螺钉5的头部预埋于芯头活块9中。砂型的浇道11和冒口12采用常规设计即可。实施时，先制作得到由芯块2、螺钉5、芯头活块9构成的整体组件，并分别制作上砂型7、下砂型8，最后合箱即可。

本发明在具体实施时，包括如下步骤：

步骤一、制作砂型；

步骤二、浇注成型；

步骤三、清整，得到预埋有芯块2的高锰钢零件1；具体地，清整工序包括清砂、铸坯的浇道和冒口部位切除等；

步骤四、在芯块2上加工得到螺纹孔A3。

对于螺纹孔A3的设置方式为下列方式中的任意一种：第一种为，在高锰钢零件1铸造完成后，直接在芯块2上加工得到螺纹孔A3；第二种为，芯块2上具有用于连接螺钉5的螺纹孔B6，以螺纹孔B6直接作为螺纹孔A3；第三种为，芯块2上具有用于连接螺钉5的螺纹孔B6，在高锰钢零件1铸造完成后，在螺纹孔B6中拧入标准螺栓进行校形，以校形后的螺纹孔B6作为螺纹孔A3。在尺寸精度要求高的情况下，螺纹孔A3在高锰钢零件1铸造完成后再加工完成。在尺寸精度要求不高的情况下，螺纹孔A3在零件浇注以前预先加工完成，即可以利用螺纹孔B6兼做螺纹孔A3。浇注过程中由于芯块2受热，浇注完成后，螺纹有可能产生变形，为保证螺纹顺畅，因此，通常应该在高锰钢零件1铸造完成后，在螺纹孔B6中拧入标准螺栓进行校形。

本发明未改变零件的结构，不影响产品的任何使用，大幅度降低了后期产品加工成本。预埋已加工螺纹的芯块2适用于螺纹定位尺寸精度要求不高的一般设计。对于螺纹定位尺寸精度设计要求高的高锰钢零件，可以在零件整体上后期加工螺纹，加工部位为芯块2。

由以上工作过程可以看出，本发明结构简单，生产加工方便，无需外加装置，成本较低，可以在高锰钢产品上广泛应用。

Claims (10)

1.高锰钢零件(1)，其特征在于：高锰钢零件(1)为铸件，高锰钢零件(1)中预埋有芯块(2)，芯块(2)用于设置高锰钢零件(1)上的螺纹孔A(3)。

2.如权利要求1所述的高锰钢零件(1)，其特征在于：芯块(2)用于设置螺纹孔A(3)这一侧的外表面与高锰钢零件(1)的外表面齐平；螺纹孔A(3)为设置在芯块(2)上的盲孔。

3.如权利要求1所述的高锰钢零件(1)，其特征在于：芯块(2)为圆柱体或者长方体；芯块(2)的材质为碳钢。

4.如权利要求1至3中任意一项所述的高锰钢零件(1)，其特征在于：芯块(2)位于高锰钢零件(1)内部的表面设置有凹槽(4)；凹槽(4)以轴线A为中心轴线呈环形分布，轴线A与螺纹孔A(3)的中心轴线相平行或者为同一直线。

5.如权利要求4所述的高锰钢零件(1)，其特征在于：凹槽(4)为连续设置的闭环结构；凹槽(4)的截面为矩形；凹槽(4)并排布置多圈。

6.高锰钢零件加工装置，用于加工如权利要求1至5中任意一项所述的高锰钢零件(1)，其特征在于：包括砂型，砂模具有与高锰钢零件(1)形状规格相匹配的型腔(10)，型腔(10)的内壁上固定设置有芯块(2)，芯块(2)用于设置高锰钢零件(1)上的螺纹孔A(3)。

7.如权利要求6所述的高锰钢零件加工装置，其特征在于：芯块(2)通过螺钉(5)与砂型固定连接，芯块(2)上具有用于连接螺钉(5)的螺纹孔B(6)，螺纹孔B(6)为盲孔，螺钉(5)的头部预埋于砂型中。

8.如权利要求7所述的高锰钢零件加工装置，其特征在于：砂型包括上砂型(7)、下砂型(8)以及砂型结构的芯头活块(9)，芯头活块(9)布置于下砂型(8)中，并且布置于下砂型(8)与上砂型(7)的结合面位置，螺钉(5)的头部预埋于芯头活块(9)中。

9.高锰钢零件加工方法，用于加工如权利要求1至5中任意一项所述的高锰钢零件(1)，其特征在于：采用如权利要求6至8中任意一项所述的高锰钢零件加工装置，并包括如下步骤：

步骤一、制作砂型；

步骤二、浇注成型；

步骤三、清整，得到预埋有芯块(2)的高锰钢零件(1)；

步骤四、在芯块(2)上加工得到螺纹孔A(3)。

10.如权利要求9所述的高锰钢零件加工方法，其特征在于：螺纹孔A(3)的设置方式为下列方式中的任意一种：第一种为，在高锰钢零件(1)铸造完成后，直接在芯块(2)上加工得到螺纹孔A(3)；第二种为，芯块(2)上具有用于连接螺钉(5)的螺纹孔B(6)，以螺纹孔B(6)直接作为螺纹孔A(3)；第三种为，芯块(2)上具有用于连接螺钉(5)的螺纹孔B(6)，在高锰钢零件(1)铸造完成后，在螺纹孔B(6)中拧入标准螺栓进行校形，以校形后的螺纹孔B(6)作为螺纹孔A(3)。

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