CN114367785B - 一种用填芯管材做原料的机床导轨成形方法 - Google Patents

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Abstract

一种用填芯管材做原料的机床导轨成形方法，属于金属压力加工技术范围，该种方法分别以耐磨特殊钢管和低碳钢棒材为原料，其特征在于把低碳钢棒推入耐磨特殊钢管中，选择轧辊上带有2‑6个孔型的拔轧组合成形机组为粗成形加工设备，通过拔轧组合多道次成形，轧制成合格的机床导轨。其优点在于表层用耐磨特殊钢、芯部用低碳钢，保证表面质量、降低生产成本、降低能耗和工具消耗，拔轧组合成形有利于改善应力状态，采用模拔精成形能保证工件的尺寸精度。

Description

一种用填芯管材做原料的机床导轨成形方法
技术领域
本项发明属于金属压力加工技术范围，具体为一种用填芯管材做原料的机床导轨成形方法。
背景技术
机床导轨是机械切削加工设备中刀具或工件移动装置的移动基准和依托，承担移动装置载荷，并耐受长期往复运动所带来的表面摩擦，因而要求其表面具有良好的耐磨性。通常机床导轨由耐磨性良好的特殊钢制造，其中轴承钢是常用的可选材料。
轴承钢等耐磨特殊钢的含碳量很高，其表面硬度高、变形抗力大，这就为机床导轨的成形加工增加了难度。目前采用的工艺是：用轴承钢等耐磨特殊钢棒材做原料，以轧制、拉拔等手段予以成形。导致出现废品率高、加工过程道次变形量小，电能、热能等能量消耗高和工具消耗高等一系列问题。
为了解决这些问题，本发明提出一种以填芯管材做原料、采用拉拔组合粗成形、模拔精成形的机床导轨成形新方法。这种方法的特点是：
1)用轴承钢等耐磨特殊钢钢管作为外层材料；
2)在钢管的内部充填低碳钢作为芯部；
3)在填芯管材的二个端部锻打出适合拉拔时施加张力的接头；
4)采用拔轧组合方式进行粗成形；
5)成品道次用模拔来保证尺寸精度。
本方法具有以下优点：
1)表层用耐磨特殊钢，保证产品具有良好的耐磨性；
2)芯部用低碳钢，价格便宜，塑性好、变形抗力低，容易成形；
3)拔轧组合粗成形工艺，有利于改善应力状态，降低轧制力，获得接近成品尺寸的外形；
4)拔轧组合可实施道次大变形，有利于减少轧制成形道次和中间退火次数，节能节材；
5)成品道次留有较小的成形余量，经模具拔出后制得的成品尺寸精确。
发明内容
本发明的详细内容如下：
一种用填芯管材做原料的机床导轨成形方法，该方法分别以耐磨特殊钢管和低碳钢棒材为原料，其特征在于按照以下方法进行加工制作，其中有：
1、原料制备
取耐磨特殊钢钢管作为原料的外层，用低碳钢棒材作为填芯材料，构成复合材料，如图1所示。这种做法的优点是同时解决了以下三个问题：
1)外层耐磨特殊钢解决了机床导轨对钢材表面耐磨性要求的问题；
2)芯材用普通低碳钢使其变形抗力远远低于耐磨特殊钢，塑性高于耐磨特殊钢，成形性好于耐磨特殊钢，由此可产生降低道次能耗、提高优质品率的良好效果；
3)芯材普通低碳钢的售价远远低于耐磨特殊钢，这有利于降低机床导轨的材料成本。
制备原料的具体做法是：
第一步：将低碳钢棒材预拉拔除去氧化皮制得低碳钢棒(2)，控制其外径d小于耐磨特殊钢管(1)公称内径0.5-1.5mm，其长度l比耐磨特殊钢管(1)的长度L短10-30mm，如图2所示；
第二步：使耐磨特殊钢管(1)固定，用力把低碳钢棒(2)推入耐磨特殊钢管(1)中，直到低碳钢棒(2)的二端都比耐磨特殊钢管(1)短5-15mm，以此制得复合圆棒坯；
第三步：用辊锻或者锤锻方法将复合圆棒坯的二端分别锻造形成钳口端(3)，制得等待加工的工件，锻造出钳口端的目的在于便于拉拔夹钳能顺利卡紧工件。
经过以上三个步骤，填芯管材的原料制备完成。
2、拔轧组合粗成形
本项发明选择拔轧组合成形机组为粗成形加工设备，该机组由轧机(5)、前置拉拔装置(6)、后置拉拔装置(7)组成，其中轧机(5)的轧辊上带有2-6个孔型；根据轧制规程的要求，使用不同的孔型进行如下轧制：
第一步：把芯部为低碳钢棒(2)，外层为耐磨特殊钢管(1)，且二端带有钳口端(3)的工件送至拔轧组合机组；
第二步：缓慢启动轧机(5)，待咬入工件(4)轧制长度达到前置拉拔装置(6)夹钳装卡要求时，轧机暂停；
第三步：调节前置拉拔装置(6)上的夹钳位置，用夹钳卡紧工件(4)前部钳口端(3)，以便施加前张力；调节后置拉拔装置(7)上的夹钳位置，用夹钳卡紧工件后部钳口端(3)，以便施加后张力；
第四步：重新启动轧机，带着前、后张力，对工件(4)实施拔轧组合粗成形；
第五步：当工件(4)尾部接近轧机时，减速轧制，松开后部夹钳，待工件(4)尾部通过轧机后，轧机暂停；
第六步：工件(4)横向移动对准下一个孔型，前、后拉拔装置随之调节位置，使其几何中心线对准下一个孔型轧制线，把上一道次工件(4)的尾部作为下一道次工件(4)的头部，轧件根据轧制规程翻钢90°或者45°；其中由菱形孔进入到斜置方形孔翻钢90°，由斜置方形孔进入到凹底箱型孔翻钢45°。
第七步：再次缓慢启动轧机，重复第一步及后续步骤的动作；
直到完成粗成形，轧机停机，松开夹钳，进入下一工序。
3、拉拔精成形
完成粗成形的工件(4)，留有0.2～3mm的加工余量，经拉拔精成形后，达到成品要求。拉拔精成形的步骤与常规固定模具拉拔的步骤相同。
附图说明
图1是填芯管材示意图，图中1为外层套管；2为填芯钢棒；D为套管外径，d为填芯圆棒的外径；
图2是填芯管材端部经锻造形成钳口端的示意图；图中3为钳口端；L为填芯管材全长，l为填芯钢棒长度；
图3是拔轧组合成形机组成形过程示意图；图中4为工件；5为轧机；6为前置拉拔装置；7为后置拉拔装置；8为后张力；9为前张力；10为1#工作台；11为2#工作台；
图4是粗成形孔型系统示意图；图中A为第一道次菱形孔，B为第二道次斜置方形孔，C为第三道次凹底箱型孔；将凹底箱型孔置于中间位置是为了使粗成形工件有较好的精确度；
图5是普通拉拔装置，图中12为拉拔模具；13为移动拉拔装置；14为拉拔力；15为后部工作台；16为前部工作台；
图6是应用例中的孔型系统和轧制规程中的翻钢动作示意图，其中：D为原料；E为第一道次的工件铁型示意图，进入第一道次前不翻钢；F为第二道次的工件铁型示意图，进入第二道次前翻钢90°；G为第三道次的工件铁型示意图，进入第三道次前翻钢45°；H为精成形的成品铁型示意图，进入成品道次前翻钢90°。
具体实施例
取外径为50mm，内径为40mm，长度为2000mm的轴承钢管作为外层套管，取经过拉拔去除表面氧化皮的Q195钢棒，外径为39.2mm，长度为1960mm。将外层套管固定，然后用力将钢棒推入套管中，直到钢棒的二端距套管端部各有20mm的位置，得到填芯管材原料。按照以下步骤完成粗成形、精成形，得到机床导轨成品。
1将预装好的填芯管材原料送至碾头机内，在原料的前、后二端碾头，形成前、后钳口端(3)，制得工件。
2将带有前后钳口端的工件送至拔轧组合成形机组，对准轧辊上的第一道次孔型(图4中孔型A)缓慢启动轧机，咬入工件；当工件运行到适于装卡的位置后，停机；
3在停机状态下，用前置拉拔装置上的夹钳卡紧工件上的前部钳口端，用后置拉拔装置上的夹钳卡紧工件上的后部钳口端，对工件施加前、后张力，再次启动轧机，实施带张力轧制；
4当工件尾部接近轧辊时，轧机减速，后置拉拔装置上的夹钳自动松开，待工件尾部通过轧机后，停机，第一道次轧制完成；
5将工件横移到对准第二道次孔型(图4中B孔型)的位置，工件翻转90°，原来的尾部改做头部，原来的前置拉拔装置改做后置拉拔装置，将前置拉拔装置和后置拉拔装置也同时横向移动到相同的位置后，缓慢启动轧机，待工件头部通过第二道次孔型，且位于适合装卡的位置后，轧机停机；用前置拉拔装置上的夹钳卡紧工件上的前部钳口端，用后置拉拔装置上的夹钳卡紧工件上的后部钳口端，对工件施加前、后张力，再次启动轧机，实施第二道次带张力轧制；
6当工件尾部再次接近轧辊时，轧机减速，后置拉拔装置上的夹钳自动松开，待工件尾部通过轧机后，停机，第二道次轧制完成；
7将工件横移到对准第3道次孔型(图4中C孔型)的位置，工件翻转45°，上一道次的尾部改做头部，原来的前置拉拔装置改做后置拉拔装置，将前置拉拔装置和后置拉拔装置也同时横向移动到相同的位置后，缓慢启动轧机，待工件头部通过第三道次孔型，且位于适合装卡的位置后，轧机停机；用前置拉拔装置上的夹钳卡紧工件上的前部钳口端，用后置拉拔装置上的夹钳卡紧工件上的后部钳口端，对工件施加前、后张力，再次启动轧机，实施第三道次带张力轧制；
8当工件尾部第三次接近轧辊时，轧机减速，后置拉拔装置上的夹钳自动松开，待工件尾部通过轧机后，停机，第三道次轧制完成；此时拔轧组合粗成形完成；
9将工件移送到拉拔机组，留有的加工余量为1.2mm，进行最后一个拉拔道次的精成形，精成形结束后，机床导轨的全部成形过程完成。

Claims (2)

1.一种用填芯管材做原料的机床导轨成形方法，该方法分别以耐磨特殊钢管和低碳钢棒材为原料，其特征在于按照以下方法进行制作，其中：
(1)原料制备
第一步：将低碳钢棒材预拉拔除去氧化皮制得低碳钢棒(2)，控制其外径d小于耐磨特殊钢管(1)公称内径0.5-1.5mm，其长度l比耐磨特殊钢管(1)的长度L短10-30mm；
第二步：使耐磨特殊钢管(1)固定，用力把低碳钢棒(2)推入耐磨特殊钢管(1)中，直到低碳钢棒(2)的二端都比耐磨特殊钢管(1)短5-15mm，以此制得复合圆棒坯；
第三步：用辊锻或者锤锻的方法将复合圆棒坯的二端分别锻造形成钳口端(3)，制得等待加工的工件；
(2)拔轧组合粗成形
选择拔轧组合成形机组为粗成形加工设备，该机组由轧机(5)、前置拉拔装置(6)、后置拉拔装置(7)组成，其中轧机(5)的轧辊上带有2-6个孔型；根据轧制规程的要求，使用不同的孔型进行如下轧制：
第一步：把芯部为低碳钢棒(2)，外层为耐磨特殊钢管(1)，且二端带有钳口端(3)的工件送至拔轧组合机组；
第二步：缓慢启动轧机(5)，待咬入工件(4)轧制长度达到前置拉拔装置(6)夹钳装卡要求时，轧机暂停；
第三步：调节前置拉拔装置(6)上的夹钳位置，用夹钳卡紧工件(4)前部钳口端(3)，以便施加前张力；调节后置拉拔装置(7)上的夹钳位置，用夹钳卡紧工件后部钳口端(3)，以便施加后张力；
第四步：重新启动轧机，带着前、后张力，对工件(4)实施拔轧组合粗成形；
第五步：当工件(4)尾部接近轧机时，减速轧制，松开后部夹钳，待工件(4)尾部通过轧机后，轧机暂停；
第六步：工件(4)横向移动对准下一个孔型，前置拉拔装置(6)和后置拉拔装置(7)横向移动，保证其几何中心线与移动后孔型的轧制线重合；把上一道次工件(4)的尾部作为下一道次工件(4)的头部，轧件根据轧制规程需进行翻钢；
第七步：再次缓慢启动轧机，重复第一步及后续步骤的动作；直到完成粗成形，轧机停机，松开夹钳，进入下一工序；
(3)拉拔精成形
完成粗成形的工件(4)，留有0.2～3mm的加工余量，经拉拔精成形后，达到成品要求，拉拔精成形的步骤与常规固定模具拉拔的步骤相同。
2.根据权利要求1所述的一种用填芯管材做原料的机床导轨成形方法，其特征在于该方法(2)拔轧组合粗成形的第六步所说的轧件根据轧制规程进行翻钢是指由菱形孔进入到斜置方形孔翻钢90°，由斜置方形孔进入到凹底箱型孔翻钢45°。
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