CN114012465A - 一种薄壁环件加工工装及加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种薄壁环件加工工装。包括底座、多个支撑座和压紧机构；所述支撑座、压紧机构均与所述底座活动连接，且多个支撑座与多个压紧机构沿所述底座的周向间隔设置；所述压紧机构包括高度调节组件和设置于高度调节组件上的压板，所述压板上设有径向压紧部和轴向压紧部，分别用于对薄壁环件的径向或轴向进行压紧。本发明还提供了一种薄壁环件加工方法，包括将毛坯料锻造成环坯，在环坯上车槽后调质处理，再将环坯分为两个坯料，将其中一个坯料用于制备薄壁环件。本发明通过将薄壁环件的坯料安装在加工工装上，控制了薄壁环件在加工过程中的变形量，有利于提升薄壁环件的加工精度。

Description

一种薄壁环件加工工装及加工方法

技术领域

本发明涉及零件加工技术领域，具体涉及一种薄壁环件加工工装及加工方法。

背景技术

掘进机主轴承属于低速重载轴承，是掘进机在开挖破岩等恶劣工况时承受载荷的核心部件，承载能力要求高。浮动环作为掘进机主轴承的内嵌式滚道，工作时需应对巨大冲击，对浮动环的力学性能要求高，而浮动环属于大直径小壁厚的薄壁环件，在单独锻造时容易发生变形、开裂及组织不均匀，制约了浮动环的产品性能。

而且传统的环状毛坯锻造工艺大多采用轴向分模锻造方式，尽管工艺简单，但是原材料浪费较大，且一次只能锻造一个工件，生产效率低。

综上所述，急需一种薄壁环件加工工装及加工方法以解决现有技术中存在的问题。

发明内容

本发明目的在于提供一种薄壁环件加工工装及加工方法，以解决薄壁环件的变形量控制问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种薄壁环件加工工装，包括底座、多个支撑座和压紧机构；所述支撑座、压紧机构均与所述底座活动连接，且多个支撑座与多个压紧机构沿所述底座的周向间隔设置；所述压紧机构包括高度调节组件和设置于高度调节组件上的压板，所述压板上设有径向压紧部和轴向压紧部，分别用于对薄壁环件的径向或轴向进行压紧。

优选的，所述压板为Z型结构件；所述径向压紧部位于所述Z型结构件直角内侧，所述轴向压紧部位于所述Z型结构件的底部。

优选的，所述压板与高度调节组件之间为转动连接。

优选的，所述压紧机构还包括安装座和压紧螺杆；所述高度调节组件设于安装座上；所述压紧螺杆贯穿压板设置，并与所述安装座螺纹连接。

优选的，所述支撑座、压紧机构均与所述底座滑动连接，所述底座上沿其径向设有多条滑轨。

本发明还提供了一种薄壁环件加工方法，包括以下步骤：

步骤A：对毛坯料进行锻造，将毛坯料制成环坯；

步骤B：对环坯内圈和外圈进行粗车，在环坯内圈车径向环形槽；

步骤C：将环坯进行调质处理；

步骤D：将调质处理后的环坯从径向环形槽处切分为第一坯料和第二坯料；

步骤E：将第一坯料、第二坯料分别加工，包括将第一坯料或第二坯料中的一个设置于薄壁环件加工工装上加工为薄壁环件。

优选的，所述步骤B中，粗车后，在环坯内圈、环坯外圈和环坯轴向均预留加工余量；径向环形槽距环坯端面的最小距离比薄壁环件的厚度大8～10mm。

优选的，所述步骤E中，将第二坯料设置于薄壁环件加工工装上，将压板的径向压紧部抵靠在第二坯料的外圈上，对第二坯料的上下表面进行车削。

优选的，所述步骤E中，将多个压紧机构沿所述第二坯料的外圈均匀设置，将压板的轴向压紧部抵靠在第二坯料的上表面，对第二坯料的内圈进行车削；

将多个压紧机构沿所述第二坯料的内圈均匀设置，将压板的轴向压紧部抵靠在第二坯料的上表面，对第二坯料的外圈进行车削。

优选的，所述步骤E中还包括对薄壁环件端面进行磨削后，对薄壁环件进行淬火。

应用本发明的技术方案，具有以下有益效果：

(1)本发明中，通过在薄壁环件加工工装上设置与底座活动连接的支撑座和压紧机构，可适应不同规格的薄壁环件的支撑固定，便于控制薄壁环件加工时的变形量；压紧机构包括高度调节组件和压板，压板上设有径向压紧部和轴向压紧部，可对薄壁环件实现多种压紧方式，便于匹配各种加工工序。

(2)本发明中，压板为Z型结构件，通过压板的不同部位可分别实现对薄壁环件的径向压紧和轴向压紧。

(3)本发明中，通过高度调节组件与压板之间的转动连接，可便于调整压板的方位，使其在位于薄壁环件坯料内圈和外圈时，均可对薄壁环件坯料实现压紧，而不需整体调整压紧机构的安装位置。

(4)本发明中，压紧机构上还设有压紧螺杆，当进行薄壁环件坯料的轴向压紧时，先通过高度调节组件调节压板的高度位置，使轴向压紧部抵靠在薄壁环件坯料的上表面，再通过拧紧压紧螺杆，实现进一步的压紧，避免在加工过程中出现坯料移位的情况。

(5)本发明中，通过将轴承外圈坯料进行锻造和调质处理，使浮动环不再作为薄壁环件单独锻造，而是作为轴承外圈坯料的一部分锻造，避免薄壁浮动环单独锻造时的变形、开裂及组织不均匀等问题，影响浮动环使用性能；只锻造加工轴承外圈并调质处理，完全省去薄壁环件的原材料、机加工及调质处理工序，提高了薄壁环件的加工效率和加工精度，同时也提高了轴承外圈材料的利用率，利用轴承外圈的加工原料生产薄壁环件保证了轴承外圈与浮动环具有相同组织和力学性能，提高了掘进机产品整体的使用性能。

(6)本发明中，利用轴承外圈和浮动环的尺寸差值，不需额外设置浮动环的坯料，直接利用轴承外圈的加工余料制作浮动环，比普通合锻工序更能节省原材料。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本申请实施例中主轴承中的轴承外圈与浮动环结构示意图；

图2是本申请实施例中的一种薄壁环件加工方法步骤B中得到的环坯示意图；

图3是本申请实施例中的一种薄壁环件加工方法步骤D中第一坯料和第二坯料的切分示意图；

图4是本申请实施例中的一种薄壁环件加工工装的俯视图；

图5是本申请实施例中图4的A-A剖视图；

图6是本申请实施例中压板的结构示意图；

图7是本申请实施例中加工第二坯料内圈时的轴向压紧方式示意图；

图8是本申请实施例中加工第二坯料上表面时的径向压紧方式示意图；

图9是本申请实施例中加工第二坯料外圈时的轴向压紧方式示意图；

其中，1、底座，1.1、滑轨，2、支撑座，3、压紧机构，3.1、高度调节组件，3.2、压板，3.2.1、径向压紧部，3.2.2、轴向压紧部，3.3、安装座，3.4、压紧螺杆，4、轴承外圈，5、浮动环，6、环坯，7、径向环形槽，8、第一坯料，9、第二坯料。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以根据权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

实施例：

参见图1至图9，一种薄壁环件加工工装及加工方法，本实施例应用于掘进机主轴承的轴承外圈与浮动环的加工制造及变形控制。参见图1，在掘进机主轴承中，包括轴承外圈4和浮动环5，其中浮动环5即为本实施例中制备的薄壁环件。

一种薄壁环件加工工装，包括底座1、多个支撑座2和压紧机构3；所述支撑座2、压紧机构3均与所述底座1活动连接，且多个支撑座2与多个压紧机构3沿所述底座1的周向间隔设置，如图4所示；所述压紧机构3包括高度调节组件3.1和设置于高度调节组件3.1上的压板3.2，所述压板3.2上设有径向压紧部3.2.1和轴向压紧部3.2.2，分别用于对薄壁环件的径向或轴向进行压紧，控制薄壁环件在加工过程中的变形量，提升薄壁环件的加工精度。

参见图6，所述压板3.2为Z型结构件；所述径向压紧部3.2.1位于所述Z型结构件的直角内侧，通过将径向压紧部3.2.1抵靠在薄壁环件坯料的内圈或外圈的圆周面上，实现对薄壁环件坯料的径向压紧；所述轴向压紧部3.2.2位于所述Z型结构件的底部，将轴向压紧部3.2.2压紧在薄壁环件坯料的上表面，与支撑座2组合实现薄壁环件坯料在轴向上的压紧。

所述压板3.2与高度调节组件3.1之间为转动连接，便于调整压板3.2的方位，使其在位于薄壁环件坯料内圈和外圈时，均可对薄壁环件坯料实现压紧，而不需整体调整压紧机构3的安装位置，如图5、图7至图9所示。

参见图7和图9，所述压紧机构3还包括安装座3.3和压紧螺杆3.4；所述高度调节组件3.1设于安装座3.3上；所述压紧螺杆3.4贯穿压板3.2设置，并与所述安装座3.3螺纹连接，当进行薄壁环件坯料的轴向压紧时，先通过高度调节组件3.1调节压板3.2的高度位置，使轴向压紧部3.2.2抵靠在薄壁环件坯料的上表面，再通过拧紧压紧螺杆3.4，实现进一步的压紧，避免在加工过程中出现坯料移位的情况。本实施例中，高度调节组件3.1为与安装座3.3螺纹连接的调节螺栓组件，安装座3.3上设有螺纹孔，通过调整高度调节组件3.1与安装座3.3的螺纹连接位置，调整高度调节组件3.1拧入螺纹孔的深度，实现压板3.2高度位置的调节。

所述支撑座2、压紧机构3均与所述底座1滑动连接，所述底座1上沿其径向设有多条滑轨1.1，如图4所示。通过调节支撑座2与压紧机构3的位置，可适用于对不同规格的薄壁环件坯料进行支撑固定，提升了薄壁环件加工工装的通用性。

一种薄壁环件加工方法，采用了上述的薄壁环件加工工装，包括以下步骤：

步骤A：对毛坯料进行锻造，将毛坯料制成环坯；

由于浮动环5为大直径小壁厚的薄壁环件，单独锻造薄壁环件时，容易出现变形、开裂和组织不均匀等情况，会导致浮动环5与轴承外圈4的机械性能不同，从而影响主轴承性能。

本实施例中使用的毛坯料用于锻造形成轴承外圈4和浮动环5(即薄壁环件)的坯料，将轴承外圈4和浮动环5的坯料作为一个整体按照轴承外圈4的锻造工艺和要求进行合锻，同时进行加热、塑性变形及锻件冷却、冲孔等工艺流程，检验合格后可得到力学性能一致、组织均匀的环坯6，其中检验项目包括形状尺寸、表面质量、金相组织和力学性能等。

步骤B：对环坯6内圈和外圈进行粗车，在环坯6内圈车径向环形槽7；

粗车后，在环坯6内圈、环坯6外圈和环坯6轴向均预留加工余量；径向环形槽7距环坯端面的最小距离L比薄壁环件的厚度大8～10mm。

本实施例中，环坯6内圈的径向加工余量为5mm，环坯6外圈的径向加工余量为5mm，在环坯6径向方向的总加工余量为10mm，环坯6的轴向加工余量为8mm，此加工余量是相对于轴承外圈4的尺寸而言的，由于薄壁环件所用坯料较少，可直接在轴承外圈4的环坯6上进行坯料切分，实现节省坯料的目的。

径向环形槽7距环坯6端面的最小距离L比薄壁环件的厚度大8mm～10mm，是为了预留浮动环5坯料的轴向加工余量，本实施例中，径向环形槽7的槽宽在25mm以下，槽深在160mm以下，避免径向环形槽7的尺寸过大影响轴承外圈4和浮动环5的加工余量。

步骤C：将环坯6进行调质处理；

将轴承外圈4和浮动环5的坯料作为一个整体进行调质处理，可整体提升环坯6的强度、塑性和韧性，获得具有良好的综合机械性能的环坯6。

步骤D：将调质处理后的环坯6从径向环形槽7处切分(即沿径向方向先从径向环形槽7处进刀，后从轴向方向进刀切至径向环形槽7处)为第一坯料8和第二坯料9；

粗车所有外表面后，将环坯6从径向环形槽7处切分，分为第一坯料8和第二坯料9，其中，第一坯料8用于制备轴承外圈4，第二坯料9用于制备浮动环5(即薄壁环件)，切分时，应保证第二坯料9径向具有5mm以上的加工余量。本实施例中，切分处轴承外圈4的内径与浮动环5外径存在15mm以上的差值，因此，能保证足够的加工余量。

步骤E：将第一坯料8、第二坯料9分别加工，本实施例中，将第二坯料9设置于薄壁环件加工工装上加工为薄壁环件(即浮动环5)。

本实施例中，将切分后的第一坯料8和第二坯料9分别加工成轴承外圈4和浮动环5，其中，加工浮动环5的步骤如下：

E1：根据第二坯料9的规格，滑动滑轨1.1上的支撑座2和压紧机构3，使支撑座2位于合适位置对第二坯料9进行支撑，使压紧机构3位于合适位置对第二坯料9进行固定；本实施例中，为实现对环状第二坯料9的均匀支撑和固定，多个支撑座2、压紧机构3均匀设置于底座1上。

E2：将第二坯料9放置于支撑座2上，将压板3.2的径向压紧部3.2.1抵靠在第二坯料9的外圈上，如图5或图8所示，对第二坯料9的上下表面进行车削，加工出基准面C和滚道面D。

E3：将多个压紧机构3沿所述第二坯料9的外圈均匀设置，将压板3.2的轴向压紧部3.2.2抵靠在第二坯料9的上表面，对第二坯料9的内圈进行车削，如图7所示；

将多个压紧机构3沿所述第二坯料9的内圈均匀设置，将压板3.2的轴向压紧部3.2.2抵靠在第二坯料9的上表面，对第二坯料9的外圈进行车削，如图9所示。

E4：对薄壁环件(即浮动环5)端面进行磨削后，对薄壁环件(即浮动环5)的上下端面进行淬火，从图1可知，浮动环5的上端面与滚子相接触，下端面与蝶形弹簧组相接触，淬火可提升浮动环5上下端面的力学性能。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种薄壁环件加工工装，其特征在于，包括底座(1)、多个支撑座(2)和压紧机构(3)；所述支撑座(2)、压紧机构(3)均与所述底座(1)活动连接，且多个支撑座(2)与多个压紧机构(3)沿所述底座(1)的周向间隔设置；所述压紧机构(3)包括高度调节组件(3.1)和设置于高度调节组件(3.1)上的压板(3.2)，所述压板(3.2)上设有径向压紧部(3.2.1)和轴向压紧部(3.2.2)，分别用于对薄壁环件的径向或轴向进行压紧。

2.根据权利要求1所述的一种薄壁环件加工工装，其特征在于，所述压板(3.2)为Z型结构件；所述径向压紧部(3.2.1)位于所述Z型结构件直角内侧，所述轴向压紧部(3.2.2)位于所述Z型结构件的底部。

3.根据权利要求1所述的一种薄壁环件加工工装，其特征在于，所述压板(3.2)与高度调节组件(3.1)之间为转动连接。

4.根据权利要求1至3任意一项所述的一种薄壁环件加工工装，其特征在于，所述压紧机构(3)还包括安装座(3.3)和压紧螺杆(3.4)；所述高度调节组件(3.1)设于安装座(3.3)上；所述压紧螺杆(3.4)贯穿压板(3.2)设置，并与所述安装座(3.3)螺纹连接。

5.根据权利要求1所述的一种薄壁环件加工工装，其特征在于，所述支撑座(2)、压紧机构(3)均与所述底座(1)滑动连接，所述底座(1)上沿其径向设有多条滑轨(1.1)。

6.一种薄壁环件加工方法，采用了如权利要求1至权利要求5任意一项所述的薄壁环件加工工装，其特征在于，包括以下步骤：

步骤A：对毛坯料进行锻造，将毛坯料制成环坯；

步骤B：对环坯内圈和外圈进行粗车，在环坯内圈车径向环形槽；

步骤C：将环坯进行调质处理；

步骤D：将调质处理后的环坯从径向环形槽处切分为第一坯料和第二坯料；

步骤E：将第一坯料、第二坯料分别加工，包括将第一坯料或第二坯料中的一个设置于薄壁环件加工工装上加工为薄壁环件。

7.根据权利要求6所述的一种薄壁环件加工方法，其特征在于，所述步骤B中，粗车后，在环坯内圈、环坯外圈和环坯轴向均预留加工余量；径向环形槽距环坯端面的最小距离比薄壁环件的厚度大8～10mm。

8.根据权利要求6所述的一种薄壁环件加工方法，其特征在于，所述步骤E中，将第二坯料设置于薄壁环件加工工装上，将压板(3.2)的径向压紧部(3.2.1)抵靠在第二坯料的外圈上，对第二坯料的上下表面进行车削。

9.根据权利要求8所述的一种薄壁环件加工方法，其特征在于，所述步骤E中，将多个压紧机构(3)沿所述第二坯料的外圈均匀设置，将压板(3.2)的轴向压紧部(3.2.2)抵靠在第二坯料的上表面，对第二坯料的内圈进行车削；

将多个压紧机构(3)沿所述第二坯料的内圈均匀设置，将压板(3.2)的轴向压紧部(3.2.2)抵靠在第二坯料的上表面，对第二坯料的外圈进行车削。

10.根据权利要求6所述的一种薄壁环件加工方法，其特征在于，所述步骤E中还包括对薄壁环件端面进行磨削后，对薄壁环件进行淬火。

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