CN114473373A - 一种适用于铁马钢薄壁管件的加工工艺方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种适用于铁马钢薄壁管件的加工工艺方法。采用本发明提供的方法，通过将加工和检测实时结合，从加工工艺把控的角度有效减小铁马钢薄壁管件在加工过程中产生的变形，以提高其加工质量，保证其尺寸精度和形位精度符合要求。本发明提供的方法在粗加工步骤中，采用一顶一夹的方式进行加工，同时使用跟刀架，以避免因装夹力不当而导致铁马钢管件发生侧弯；在粗加工后的铁马钢管件上焊接夹持工装来增大夹持面积，以减小后续步骤中铁马钢管件的夹紧和车削变形。同时，本发明提供的方法采用尽量小的进给量，有效控制铁马钢薄壁管件产品的直线度和表面粗糙度。本发明提供的方法工艺手段简单，加工的铁马钢薄壁管件合格率高，尺寸精度可控。
Description
技术领域
本发明属于薄壁管件加工技术领域，涉及一种适用于铁马钢薄壁管件的加工工艺方法。
背景技术
铁马钢材料具有高硬度、高强度、切削加工难度大等特点。铁马钢薄壁管件通常是指壁厚与内径曲率半径(或轮廓尺寸)之比小于1：20的铁马钢管件。铁马钢薄壁管件的突出特点是壁薄、加工难度大，在采用数控车削方式加工铁马钢薄壁管件的过程中，铁马钢薄壁管件极易因自身强度不足、切削热、切削力等因素的影响而变形，影响管件的尺寸精度和形状精度。而且，在切削力作用下，铁马钢薄壁管件容易产生振动，进而降低铁马钢薄壁管件的加工精度和表面粗糙度。由此可见，传统的加工工艺会给铁马钢薄壁管件的加工带来较大的加工变形量，无法保证铁马钢薄壁管件的尺寸精度，这也是铁马钢薄壁管件的加工工艺亟待改进之处。
此外，在加工这类铁马钢薄壁管件时，极易因装夹不当等操作因素造成铁马钢薄壁管件的直线度、同轴度不能达到要求。
针对机械加工过程中因铁马钢薄壁管件强度不足而极易产生加工变形的技术问题，发明人拟提供一种适用于铁马钢薄壁管件的加工工艺方法，通过将加工和检测实时结合，从加工工艺把控角度去有效减小铁马钢薄壁管件在加工过程中产生的变形，以提高其加工质量，保证其尺寸精度要求。
发明内容
针对现有技术中所存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种适用于铁马钢薄壁管件的加工工艺方法，通过将加工和检测实时结合，从加工工艺把控的角度有效减小铁马钢薄壁管件在加工过程中产生的变形，以提高加工质量，保证尺寸精度符合要求。
为实现此目的，本发明提供一种适用于铁马钢薄壁管件的加工工艺方法，所述方法包括如下步骤：
S1、粗加工：装夹铁马钢圆钢，将所述铁马钢圆钢加工成粗加工预设尺寸的铁马钢管件；
S2、设置夹持工装：在粗加工后的铁马钢管件的一端设置夹持工装来增大装夹时的夹持面积；
S3、第一次消除加工应力：采用自然时效法处理设置有夹持工装的铁马钢管件中的应力；
S4、半精加工：将第一次消除加工应力后的铁马钢管件加工成半精加工预设尺寸；
S5、第二次消除加工应力：采用震动时效法松弛半精加工后的铁马钢管件中的应力；
S6、精加工：精加工第二次消除加工应力后的铁马钢管件，得到符合设计尺寸要求的铁马钢薄壁管件。
进一步，所述装夹铁马钢圆钢时，采用三爪卡盘或四爪卡盘夹紧所述铁马钢圆钢的一端，使用后顶尖支顶所述铁马钢圆钢的另一端的装夹方法。
进一步，所述后顶尖采用弹性顶针；当所述铁马钢圆钢在受热伸长时，所述后顶尖自动后退。
进一步，所述装夹铁马钢圆钢后，还安装跟刀架以提高所述铁马钢圆钢的刚性。
进一步，所述粗加工步骤中，主轴转速为100～140r/min，粗加工刀具采用硬质合金刀具，所述粗加工刀具进给量为0.1～0.3mm/r。
进一步，所述夹持工装为三个弧形夹持工装或圆环形夹持工装，所述夹持工装焊接在所述粗加工后的铁马钢管件的外圆一端。
进一步，所述自然时效法为：将所述设置有夹持工装的铁马钢管件放置≥3天。
进一步，所述半精加工步骤中，主轴转速为60～100r/min，半精加工刀具采用硬质合金刀具，所述半精加工刀具进给量为0.1～0.3mm/r。
进一步，所述精加工步骤中，主轴转速为40～60r/min，精加工刀具采用硬质合金刀具，所述精加工刀具进给量为0.1～0.15mm/r。
进一步，所述精加工步骤中，每次进给加工完成后，采用外径千分尺、百分表、游标卡尺、粗糙度仪检测精加工步骤中铁马钢管件的内径、外径、直线度公差及跳动公差、表面粗糙度等参数，紧密监控所述精加工步骤中铁马钢管件的尺寸偏差，分析所述精加工步骤中铁马钢管件加工变形趋势，并根据所述精加工步骤中铁马钢管件加工变形趋势调整切削工艺参数。
本发明的有益效果在于，采用本发明提供的适用于铁马钢薄壁管件的加工工艺方法，通过将加工和检测实时结合，从加工工艺把控的角度有效减小铁马钢薄壁管件在加工过程中产生的变形，以提高其加工质量，保证其尺寸精度和形位精度符合要求。本发明提供的方法在粗加工步骤中，采用一顶一夹的方式进行加工，同时使用跟刀架，以避免因装夹力不当而导致铁马钢管件发生侧弯；在粗加工后的铁马钢管件上焊接夹持工装来增大夹持面积，以减小半精加工和精加工步骤中铁马钢管件的夹紧和车削变形。同时，本发明提供的方法采用尽量小的进给量(＜0.3mm/r)，减小各加工步骤中刀具对铁马钢管件产生的压力，从而有效控制铁马钢薄壁管件产品的直线度，而且，小进给量也能更好地达到铁马钢薄壁管件表面粗糙度的要求。本发明提供的方法工艺手段简单，采用本发明的方法加工的铁马钢薄壁管件合格率高，外观光洁度高，尺寸精度可控。
附图说明
图1为本发明实施方式所提供的适用于铁马钢薄壁管件的加工工艺方法流程示意图。
图2为本发明实施方式所述铁马钢薄壁管件设计示意图。
具体实施方式
为使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行进一步清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。
本发明实施方式提供一种适用于铁马钢薄壁管件的加工工艺方法，通过将加工和检测实时结合，从加工工艺把控的角度去有效减小铁马钢薄壁管件在加工过程中产生的变形，以提高其加工质量，保证其尺寸精度和形位精度符合要求。为实现上述目的，本实施方式在铁马钢圆钢粗加工成铁马钢管件的步骤中，采用一顶一夹的方式进行加工，同时使用跟刀架，以避免因装夹力不当而导致铁马钢管件发生侧弯；在粗加工后的铁马钢管件上焊接夹持工装来增大夹持面积，以减小半精加工和精加工步骤中铁马钢薄壁管件的夹紧和车削变形。加工时采用尽量小的进给量(＜0.3mm/r)，减小各加工步骤中刀具对铁马钢薄壁管件产生的压力，减小铁马钢薄壁管件侧弯，从而达到对铁马钢薄壁管件直线度的控制，另外，小进给量也可更好达到铁马钢薄壁管件表面粗糙度的要求。
如图1所示，一种适用于铁马钢薄壁管件的加工工艺方法，包括如下步骤：
S1、粗加工：机床车削过程中，将铁马钢圆钢装夹在车床夹具中定位并夹紧。本实施方式中，机床装夹时，采用三爪卡盘或四爪卡盘夹紧铁马钢圆钢的一端，并使用后顶尖支顶铁马钢圆钢的另一端的装夹方法，形成一顶一夹的装夹方式，以防止由于进给力的作用而使铁马钢圆钢发生轴向位移。本实施方式中，后顶尖采用弹性顶针顶持，铁马钢圆钢在受热伸长时，后顶尖能自动后退，减少铁马钢圆钢由于伸长受阻而产生的弯曲变形。
本实施方式中，在装夹铁马钢圆钢后，在靠近三爪卡盘或四爪卡盘处车长度40mm左右的基准外圆，安装跟刀架来提高铁马钢圆钢刚性，以抵消径向切削力的影响，减少振动和变形，从而保证铁马钢圆钢的形位精度。所述跟刀架采用三爪跟刀架，以减少铁马钢圆钢的振动和变形，提高加工精度。所述三爪跟刀架包括上支撑爪、下支撑爪和后支撑爪，上述三个支撑爪材质为耐热、耐磨、能吸收振动、且不刮伤铁马钢圆钢表面的球墨铸铁。三爪跟刀架的三个支撑爪与车刀形成平衡的径向力，使铁马钢圆钢在车削时不能上下、前后移动，以确保车削过程稳定，不产生振动，从而保证铁马钢圆钢加工的尺寸精度、形位精度和表面粗糙度符合要求。
在粗加工步骤中，主轴转速为100～140r/min，粗加工刀具采用硬质合金刀具，粗加工刀具进给量为0.1～0.3mm/r。本实施方式中先粗加工内孔，再粗加工外圆，粗加工步骤将铁马钢圆钢加工成内径为80mm、外径为98mm的铁马钢管件。粗加工步骤结束后，实时检测粗加工后的铁马钢管件，确定粗加工后的铁马钢管件的加工精度控制在IT12～IT11范围内、表面粗糙度控制在Ra25～12.5μm范围内。
S2、设置夹持工装：在粗加工后的铁马钢管件的一端设置夹持工装来增大装夹时三爪卡盘的夹持面积，以减小后续步骤中铁马钢管件的夹紧变形和车削变形。
本实施方式中，在粗加工后的铁马钢管件的外圆一端焊接三个弧形夹持工装或圆环形夹持工装，装夹时三爪卡盘的三个卡爪夹持在对应的三个弧形夹持工装上或夹持在圆环形夹持工装上，以增大装夹时三个卡爪的夹持面积，从而减小后续加工步骤中铁马钢薄壁管件的夹紧变形和车削变形。
S3、第一次消除加工应力：将焊接夹持工装后的铁马钢管件放置≥3天，采用自然时效法处理设置有夹持工装的铁马钢管件中的应力。
第一次消除加工应力步骤结束后，实时检测第一次消除加工应力后的铁马钢管件，确定第一次消除加工应力后的铁马钢管件的加工精度控制在IT12～IT11范围内、表面粗糙度控制在Ra25～12.5μm范围内。
S4、半精加工：在半精加工步骤中，主轴转速为60～100r/min，半精加工刀具采用硬质合金刀具，半精加工刀具进给量为0.1～0.3mm/r；将第一次消除加工应力后的铁马钢管件加工成半精加工预设尺寸。
本实施方式中，先半精加工第一次消除加工应力后的铁马钢管件的内孔，再半精加工第一次消除加工应力后的铁马钢管件的外圆；半精加工后的铁马钢管件尺寸为：内径86mm、外径91mm。半精工步骤结束后，实时检测半精加工后的铁马钢管件，确定半精加工后的铁马钢管件的加工精度控制在IT10～IT9范围内、表面粗糙度控制在Ra6.3～3.2μm范围内。
S5、第二次消除加工应力：采用震动时效法松弛半精加工后的铁马钢管件中的应力。
第二次消除加工应力步骤结束后，实时检测第二次消除加工应力后的铁马钢管件，确定第二次消除加工应力后的铁马钢管件的加工精度控制在IT10～IT9范围内、表面粗糙度控制在Ra6.3～3.2μm范围内。
S6、精加工：在精加工步骤中，主轴转速为40～60r/min，精加工刀具采用硬质合金刀具，精加工刀具进给量为0.1～0.15mm/r；精加工第二次消除加工应力后的铁马钢管件，得到符合设计尺寸要求的铁马钢薄壁管件。
本发明实施方式中，在精加工步骤阶段，每次进给加工完成后，采用外径千分尺、百分表、游标卡尺、粗糙度仪分别检测铁马钢管件的内径、外径、直线度公差及跳动公差、表面粗糙度等参数，紧密监控铁铁马钢管件的尺寸偏差，分析铁马钢管件加工变形趋势，并根据铁马钢管件加工变形趋势调整切削工艺参数，确定精加工后的铁马钢管件的加工精度控制在IT8～IT6范围内、表面粗糙度控制在Ra1.6～0.8μm范围内。
本实施方式中，精加工步骤结束后，采用外径千分尺、百分表、游标卡尺、粗糙度仪检测精加工后的铁马钢薄壁管件。精加工后的铁马钢薄壁管件的加工精度、表面粗糙度检测结果为：内径为87.03mm，外径为90.02mm，直线度公差为0.03mm，表面粗糙度为Ra1.6～1.2μm，满足如图2所示的设计图纸要求。采用本发明实施方式提供的方法加工得到的铁马钢薄壁管件的加工精度、表面粗糙度控制在允许范围内，外观光洁度高，尺寸精度可控。
上述实施方式只是对本发明的举例说明，本发明也可以以其他的特定方式或其他的特定形式实施，而不偏离本发明的要旨或本质特征。因此，描述的实施方式从任何方面来看均应视为说明性而非限定性的。本发明的范围应由附加的权利要求说明，任何与权利要求的意图和范围等效的变化也应包含在本发明的范围内。
Claims (10)
1.一种适用于铁马钢薄壁管件的加工工艺方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
S1、粗加工：装夹铁马钢圆钢，将所述铁马钢圆钢加工成粗加工预设尺寸的铁马钢管件；
S2、设置夹持工装：在粗加工后的铁马钢管件的一端设置夹持工装来增大装夹时的夹持面积；
S3、第一次消除加工应力：采用自然时效法处理设置有夹持工装的铁马钢管件中的应力；
S4、半精加工：将第一次消除加工应力后的铁马钢管件加工成半精加工预设尺寸；
S5、第二次消除加工应力：采用震动时效法松弛半精加工后的铁马钢管件中的应力；
S6、精加工：精加工第二次消除加工应力后的铁马钢管件，得到符合设计尺寸要求的铁马钢薄壁管件。
2.根据权利要求1所述的一种适用于铁马钢薄壁管件的加工工艺方法，其特征在于，所述装夹铁马钢圆钢时，采用三爪卡盘或四爪卡盘夹紧所述铁马钢圆钢的一端，使用后顶尖支顶所述铁马钢圆钢的另一端的装夹方法。
3.根据权利要求2所述的一种适用于铁马钢薄壁管件的加工工艺方法，其特征在于，所述后顶尖采用弹性顶针；当所述铁马钢圆钢在受热伸长时，所述后顶尖自动后退。
4.根据权利要求1所述的一种适用于铁马钢薄壁管件的加工工艺方法，其特征在于，所述装夹铁马钢圆钢后，还安装跟刀架以提高所述铁马钢圆钢的刚性。
5.根据权利要求1所述的一种适用于铁马钢薄壁管件的加工工艺方法，其特征在于，所述粗加工步骤中，主轴转速为100～140r/min，粗加工刀具采用硬质合金刀具，所述粗加工刀具进给量为0.1～0.3mm/r。
6.根据权利要求1所述的一种适用于铁马钢薄壁管件的加工工艺方法，其特征在于，所述夹持工装为三个弧形夹持工装或圆环形夹持工装，所述夹持工装焊接在所述粗加工后的铁马钢管件的外圆一端。
7.根据权利要求1所述的一种适用于铁马钢薄壁管件的加工工艺方法，其特征在于，所述自然时效法为：将所述设置有夹持工装的铁马钢管件放置≥3天。
8.根据权利要求1所述的一种适用于铁马钢薄壁管件的加工工艺方法，其特征在于，所述半精加工步骤中，主轴转速为60～100r/min，半精加工刀具采用硬质合金刀具，所述半精加工刀具进给量为0.1～0.3mm/r。
9.根据权利要求1所述的一种适用于铁马钢薄壁管件的加工工艺方法，其特征在于，所述精加工步骤中，主轴转速为40～60r/min，精加工刀具采用硬质合金刀具，所述精加工刀具进给量为0.1～0.15mm/r。
10.根据权利要求1-9中任一项所述的一种适用于铁马钢薄壁管件的加工工艺方法，其特征在于，所述精加工步骤中，每次进给加工完成后，采用外径千分尺、百分表、游标卡尺、粗糙度仪检测精加工步骤中铁马钢管件的内径、外径、直线度公差及跳动公差、表面粗糙度等参数，紧密监控所述精加工步骤中铁马钢管件的尺寸偏差，分析所述精加工步骤中铁马钢管件加工变形趋势，并根据所述精加工步骤中铁马钢管件加工变形趋势调整切削工艺参数。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20220513 |
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |