CN112475792B - 高精度薄壁铜件加工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高精度薄壁铜件的加工方法，将铜件安装在专用加工定位工装上并安装在深孔钻镗床‑安装镗头并在镗头上安装木键，然后半精镗孔‑镗头退回，拆卸尖刀，用光刀排稍‑排稍结束后，退回镗头，镗头光刀进行精镗孔到全长尺寸后停下‑拉镗孔‑磨孔。专用加工定位工装具有良好的装夹性能，同时提供足够装夹力保证工件和工装之间不会发生位移。加工方法方便、可靠，能有效减少薄壁铜件在加工内孔过程中由于装夹、金属切削热及切削内应力产生的变形同时消除加工误差，且加工效率高、质量稳定；本发明加工方法可以加工长度超3m、内孔直径超φ600的薄壁铜件内孔，内孔圆柱度可以达0.05mm的铜件。

Description

高精度薄壁铜件加工方法
技术领域
本发明属于铜件内孔的加工技术领域，具体涉及一种高精度薄壁铜件加工方法。
背景技术
在船用轴系中，薄壁铜件是非常常见的，它通过热装到桨轴、艉轴等轴承位上，因此内孔尺寸公差及形位公差精度要求较高。一般会采用如下几种方法加工：1、采用车床加工内孔，2、在数控镗铣床上，通过镗孔达到要求。
以上两种方法均适合较短的孔，随着我们造船业的发展，薄壁铜件的直径和长度都越来越大，车床和镗铣床受车刀杆和镗杆的长度限制，无法加工。我们可以选用深孔钻镗床来加工。薄壁铜件的加工难点：(1)铜件壁薄，夹持容易变形；(2)铜件加热极易发热，产生热变形。以上两种变形导致薄壁铜件内孔圆柱度得不到保证，随着铜件长度的增加，内孔直径的增大，加工难度将成倍增加。
发明内容
本发明的目的就是针对现有技术的缺陷，提供一能有效减少由于装夹、金属切削热及切削内应力产生的变形同时消除加工误差的高精度薄壁铜件加工方法。
为实现上述目的，本发明所设计的高精度薄壁铜件的加工方法如下：
1)将铜件安装在专用加工定位工装上并安装在深孔钻镗床
其中，加工定位工装包括联接套，联接套的内孔与铜件的工艺夹头外圆间隙配合并固定，联接套端面与铜件的轴线垂直；然后深孔钻镗床的鼓形卡盘夹持联接套，铜件外圆支撑在闭式中心架上，闭式中心架的上盖滚轮和铜件外圆面无挤压接触；
2)安装镗头并在镗头上安装木键，然后半精镗孔；
3)镗头退回，拆卸尖刀，用光刀排稍；
4)排稍结束后，退回镗头，镗头光刀进行精镗孔到全长尺寸后停下，此时，光刀完全从内孔中出来，木键依旧支撑在键槽中，且镗头不退回，停机床24～48小时以上，等待铜件冷却；
5)拉镗孔：光刀尺寸保持步骤4)不变，镗头从铜件出口反向进刀，主轴转动，镗杆运动，最后从铜件的进口出来；
6)磨孔：用砂纸将键槽内的木键均逆时针包一圈，正向开动主轴磨孔，反向走刀磨出，如此反复若干次完成薄壁铜件内孔的精加工。
进一步地，所述步骤1)中，间隙为0.1～0.2mm。
进一步地，所述步骤1)中，工艺夹头外圆面上设置有应力槽，应力槽深度为8～12mm、宽度为8～12mm。
进一步地，所述步骤1)中，加工定位工装还包括联接螺栓和弹簧垫片，联接套端面沿圆周方向均匀设置多个螺栓孔，螺栓孔与工艺夹头端面的螺纹孔一一对应，联接螺栓穿过弹簧垫片、螺栓孔与工艺夹头的螺纹孔相联接。
进一步地，所述步骤1)中，若上盖滚轮和铜件外圆面之间的油膜碾压痕迹加深，调整至上盖滚轮和铜件外圆面无挤压接触。
进一步地，所述步骤2)中，木键包括底部长方体和顶部梯形体，且梯形体沿长度方向的面和宽度方向的面均为斜面且与长方体的面圆滑过渡。
进一步地，所述步骤2)中，半精镗孔的具体过程为：开启高压液压油泵系统，镗头上安装尖刀和光刀，尖刀在前、光刀在后，进行半精镗孔，半精镗孔到全长尺寸后停下。
进一步地，所述步骤2)中，尖刀的后角角度为8°～10°、光刀的后角角度为15°～17°。
进一步地，完成所述步骤3)后再进行2～4次排稍。
进一步地，所述步骤6)中，每次磨削量0.008～0.012mm。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：本发明专用加工定位工装具有良好的装夹性能，同时提供足够装夹力保证工件和工装之间不会发生位移。加工方法方便、可靠，能有效减少薄壁铜件在加工内孔过程中由于装夹、金属切削热及切削内应力产生的变形同时消除加工误差，且加工效率高、质量稳定；本发明加工方法可以加工长度超3m、内孔直径超φ600的薄壁铜件内孔，内孔圆柱度可以达0.05mm的铜件。
附图说明
图1为本发明安装结构示意图
图2为铜件结构示意图；
图3为图1中联接套结构示意图；
图4为木键结构示意图；
图5为本发明镗孔方向示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
如图1所示高精度薄壁铜件加工定位工装，包括联接套4、联接螺栓5、弹簧垫片6；联接套4的内孔41与铜件的工艺夹头3外圆间隙配合，间隙为0.1～0.2mm。联接套4端面沿圆周方向均匀设置多个螺栓孔42，螺栓孔42与工艺夹头3端面的螺纹孔一一对应，联接螺栓5穿过弹簧垫片6、螺栓孔42与工艺夹头3的螺纹孔相联接。另外，工艺夹头3外圆面上设置有应力槽2，应力槽深度为8～12mm、宽度为8～12mm，用来释放加工应力。
高精度薄壁铜件的加工方法，具体步骤如下：
1)将联接套4的内孔装配到铜件1的工艺夹头3外圆上，装配间隙为0.1～0.2mm，铜件在加工过程中容易发热致使变形，联接套与铜件是间隙配合，留有的间隙满足铜件发热的膨胀量；且联接套4端面与铜件1的轴线垂直，再用联接螺栓5穿过弹簧垫片6、螺栓孔锁在工艺夹头3的螺纹孔内，将联接套4和铜件1联接起来。
联接套4与铜件1之间属于轴向联接，在整个加工过程中工件仅仅受到轴向拉力，工件属于自由状态，可以减少装夹以及加工变形。
2)深孔钻镗床的鼓形卡盘7夹持联接套4，卡爪的夹持力不直接作用在铜件1上，减少夹持变形；工艺夹头3外圆面上设置的应力槽2，用来释放加工应力；
同时，铜件1外圆支撑在闭式中心架10上，加工过程中随时观察闭式中心架10的上盖滚轮11和铜件1外圆面之间油膜的碾压痕迹，保持整个加工过程中上盖滚轮11和铜件1外圆面刚刚接触。若油膜碾压痕迹加深，说明铜件发热膨胀，直径变大，此时需要调闭式中心架10的上盖滚轮11，调整至上盖滚轮11和铜件1外圆刚刚接触，上盖滚轮11被轻轻带动即可。此措施可以保证铜件1随时处于自由状态，闭式中心架10仅起支撑作用，不会出现夹紧铜件1导致铜件1装夹变形。
3)安装镗头，并在镗头上安装木键8，木键8包括底部长方体81和顶部梯形体82，且梯形体沿长度方向的面和宽度方向的面均为斜面83且与长方体的面圆滑过渡，木键顶部的斜面减少了木键8与铜件内孔内壁的贴合面，从而减少铜件中的摩擦热，减少铜件的热变形。
4)半精镗孔：开启高压液压油泵系统，镗头上安装尖刀和光刀，尖刀在前、光刀在后，进行半精镗孔，半精镗孔到全长尺寸后停下，且背吃刀量1mm，其中尖刀0.8mm、光刀0.2mm。切削参数：主轴转速n＝20～25r/min、进给速度f＝10～15mm/min。
由于铜件热膨胀系数大，加工中切削参数比常规钢件降低40％，在加工参数较低的情况下，加工时不易断屑，且加工表面粗糙度差，会加快支撑木键的磨损，不利于孔径尺寸控制。为保证顺利切削，刀具需要非常锋利，尖刀的后角角度为8°～10°、光刀的后角角度为15°～17°，这样有利于断屑。
5)排稍：镗头退回，拆卸尖刀，用光刀排稍，排稍可以修正孔的圆柱度；背吃刀量0.2～0.3mm，切削参数：主轴转速n＝15～20r/min、进给速度f＝20～30mm/min。
6)重复步骤5)再进行2～4次排稍，进一步控制铜件1内孔的圆柱度。
7)精镗孔：排稍结束后，退回镗头，镗头光刀进行精镗孔到全长尺寸后停下，此时，光刀完全从内孔中出来，木键依旧支撑在键槽中，且镗头不退回，停机床24小时以上，等待铜件1冷却。背吃刀量0.1mm，切削参数：主轴转速n＝10～20r/min、进给速度f＝5～10mm/min。
8)拉镗孔：光刀20尺寸保持步骤7)不变，镗头从铜件1出口12反向进刀(见图5)，主轴转动，镗杆运动，最后从铜件的进口9出来。切削参数：主轴转速n＝10～20r/min、进给速度f＝5～10mm/min。
加工中由于铜件热变形以及刀具、木键磨损等原因，铜件1内孔进口9尺寸和出口12尺寸存在一定误差。为了满足铜件内孔的尺寸公差及圆柱度的要求，本发明采取等铜件冷却后，增加拉镗孔工工序，可以完全消除精镗孔时因铜件热变形以及刀具、木键磨损等原因形成的加工误差，进一步保证内孔尺寸的一致性和内孔圆柱度。
9)磨孔：用砂纸将四个键槽内的木键均逆时针包一圈，正向开动主轴磨孔，反向走刀磨出，如此反复3～5次，每次磨削量0.008～0.012mm，完成薄壁铜件内孔的精加工。
高精度薄壁铜件内孔的加工难点在于：要满足内孔的高精度要求，需要控制加工过程中的变形及消除加工误差，达到内孔圆柱度0.05mm。本发明采用专用加工定位工装，将常规装夹方式下对铜件的径向压力转换为铜件的轴系拉力，有效消除装夹引起的铜件变形，同时，设计工艺夹头以及应力槽进一步消除铜件加工过程产生的切削应力引起的铜件变形；另外，通过闭式中心架观察油膜滚压痕迹判断铜件热变形，铜件相对钢件而言热膨胀系数大，对热敏感的特性而导致的切削热引起的变形，同时，木键顶部设置为斜面，减少木键接触面积，降低摩擦热；最后，尖刀后角角度为8°～10°、光刀后角为15°～17°，提高刀具锋利度，确保切削的顺畅和断削，提高了铜件表面粗糙度；最后，采用推镗和拉镗相结合的加工方式消除了加工过程刀具和木键磨损带来的加工误差，保证产品内孔圆柱度。
本发明专用加工定位工装具有良好的装夹性能，同时提供足够装夹力保证工件和工装之间不会发生位移。加工方法方便、可靠，能有效减少薄壁铜件在加工内孔过程中由于装夹、金属切削热及切削内应力产生的变形同时消除加工误差，且加工效率高、质量稳定；本发明加工方法可以加工长度超3m、内孔直径超φ600的薄壁铜件内孔，内孔圆柱度可以达0.05mm的铜件。

Claims (10)

1.一种高精度薄壁铜件的加工方法，其特征在于：所述加工方法如下：
1)将铜件安装在专用加工定位工装上并安装在深孔钻镗床
其中，加工定位工装包括联接套(4)，联接套(4)的内孔(41)与铜件的工艺夹头(3)外圆间隙配合并固定，联接套(4)端面与铜件(1)的轴线垂直；然后深孔钻镗床的鼓形卡盘(7)夹持联接套(4)，铜件(1)外圆支撑在闭式中心架(10)上，闭式中心架(10)的上盖滚轮(11)和铜件(1)外圆面无挤压接触；
2)安装镗头并在镗头上安装木键(8)，然后半精镗孔；
3)镗头退回，拆卸尖刀，用光刀排稍；
4)排稍结束后，退回镗头，镗头光刀进行精镗孔到全长尺寸后停下，此时，光刀完全从内孔中出来，木键依旧支撑在键槽中，且镗头不退回，停机床24～48小时，等待铜件(1)冷却；
5)拉镗孔：光刀尺寸保持步骤4)不变，镗头从铜件(1)出口(12)反向进刀，主轴转动，镗杆运动，最后从铜件的进口(9)出来；
6)磨孔：用砂纸将键槽内的木键均逆时针包一圈，正向开动主轴磨孔，反向走刀磨出，如此反复若干次完成薄壁铜件内孔的精加工。
2.根据权利要求1所述高精度薄壁铜件的加工方法，其特征在于：所述步骤1)中，间隙为0.1～0.2mm。
3.根据权利要求1所述高精度薄壁铜件的加工方法，其特征在于：所述步骤1)中，工艺夹头(3)外圆面上设置有应力槽(2)，应力槽深度为8～12mm、宽度为8～12mm。
4.根据权利要求1所述高精度薄壁铜件的加工方法，其特征在于：所述步骤1)中，加工定位工装还包括联接螺栓(5)和弹簧垫片(6)，联接套(4)端面沿圆周方向均匀设置多个螺栓孔(42)，螺栓孔(42)与工艺夹头(3)端面的螺纹孔一一对应，联接螺栓(5)穿过弹簧垫片(6)、螺栓孔(42)与工艺夹头(3)的螺纹孔相联接。
5.根据权利要求1所述高精度薄壁铜件的加工方法，其特征在于：所述步骤1)中，若上盖滚轮(11)和铜件(1)外圆面之间的油膜碾压痕迹加深，调整至上盖滚轮(11)和铜件(1)外圆面无挤压接触。
6.根据权利要求1所述高精度薄壁铜件的加工方法，其特征在于：所述步骤2)中，木键(8)包括底部长方体(81)和顶部梯形体(82)，且梯形体(82)沿长度方向的面和宽度方向的面均为斜面(83)且与长方体的面圆滑过渡。
7.根据权利要求1所述高精度薄壁铜件的加工方法，其特征在于：所述步骤2)中，半精镗孔的具体过程为：开启高压液压油泵系统，镗头上安装尖刀和光刀，尖刀在前、光刀在后，进行半精镗孔，半精镗孔到全长尺寸后停下。
8.根据权利要求1所述高精度薄壁铜件的加工方法，其特征在于：所述步骤2)中，尖刀的后角角度为8°～10°、光刀的后角角度为15°～17°。
9.根据权利要求1所述高精度薄壁铜件的加工方法，其特征在于：完成所述步骤3)后再进行2～4次排稍。
10.根据权利要求1所述高精度薄壁铜件的加工方法，其特征在于：所述步骤6)中，每次磨削量0.008～0.012mm。
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