CN114669971B - 一种用于批量成型多个带有螺纹孔零件的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于批量成型多个带有螺纹孔零件的制造方法，包括选取多个毛坯工件，其中第一毛坯工件与第二毛坯工件均采用高强度钢合金材料制备，第三毛坯工件采用耐腐蚀不锈钢材料制备，将三个毛坯工件分别采用线性摩擦焊接工艺连接为完全结构体，完全结构体上成型有第一焊缝与第二焊缝；对完全结构体进行热处理；以完全结构体上的第一焊缝或第二焊缝为基准，根据零件的外形结构采用机械加工方式对完全结构体进行加工并在第三毛坯上形成螺纹孔，得到多个该带有螺纹孔的零件。本发明将螺纹孔设置在耐腐蚀不锈钢材料上配合高强度钢合金材料采用线性摩擦焊接工艺实现整体化制造，提高了长期处于腐蚀环境下的带螺纹孔零件的耐腐蚀性。

Description

一种用于批量成型多个带有螺纹孔零件的制造方法

技术领域

本发明涉及焊接制造技术领域，特别是涉及一种用于批量成型多个带有螺纹孔零件的制造方法。

背景技术

在海洋或其他腐蚀环境服役的带螺纹孔的零件，由于配合使用，无法采用涂漆或涂层的方法进行腐蚀防护，在使用过程中孔位置处易发生锈蚀，影响使用，由于该零件使用数量较多，一旦需要更换，则需要更换全新的零件，而实际上被锈蚀的零件只有孔结构位置，故进行全部更换会造成零件的浪费，而且会大幅增加更换成本，且该带螺纹孔的零件需要与其他零件进行螺纹配合连接，不能更换母体材料

目前该类零件的结构，如图1所示，采用高强度钢合金材料整体加工制造，螺纹孔部位不耐腐蚀，容易导致结构失效，因此提出将结构孔部位进行分割和材料替换，将带孔的部位整条拆分或者将孔及四周区域挖空，如图2所示，将拆分的带孔部位的材料更换为耐腐蚀的材料，例如替换为耐腐蚀不锈钢材料，使孔结构位于不锈钢材料上，再采用焊接、胶接或机械连接的方式与其他部分实现连接，但采用普通熔焊需要开坡口进行多道焊接，热影响区宽性能不好，采用胶接会使得连接强度较低，采用胀紧结构会形成缝隙且一次只能完成一件零件制造。

发明内容

(1)要解决的技术问题

本发明通过采用多块分体式毛坯工件进行整体焊接，将螺纹孔部位设置于由耐腐蚀不锈钢材料制备的第三毛坯工件上，其余毛坯工件均采用高强度钢合金材料制备，利用线性摩擦焊接对多块分体式毛坯工件进行焊接整体成型并采用机械加工方式实现带螺纹孔的零件结构的批量化制造，不仅提高螺纹孔的耐腐蚀性能，还能一次可以实现多个零件的制造。

(2)技术方案

第一方面，本发明的实施例提出了一种用于批量成型多个带有螺纹孔零件的制造方法，包括步骤S1：选取多个毛坯工件，多个所述毛坯工件包括第一毛坯工件、第二毛坯工件以及第三毛坯工件，所述第一毛坯工件与所述第二毛坯工件均采用高强度钢合金材料制备，所述第三毛坯工件采用耐腐蚀不锈钢材料制备；步骤S2：将第一毛坯工件或第二毛坯工件与第三毛坯工件采用线性摩擦焊接工艺焊接成型为中间结构体，所述中间结构体上成型有第一焊缝；步骤S3：将所述中间结构体与所述第二毛坯工件或第一毛坯工件采用线性摩擦焊接工艺焊接成型为完全结构体，所述完全结构体上还成型有第二焊缝，所述第一焊缝所在的平面与所述第二焊缝所在的平面平行；步骤S4：对所述完全结构体进行热处理；步骤S5：以所述完全结构体上的所述第一焊缝或所述第二焊缝为基准，根据所述零件的外形结构采用机械加工方式对所述完全结构体进行加工，得到多个带有螺纹孔的所述零件，所述螺纹孔位于所述第三毛坯工件上。

进一步地，在所述步骤S2之前，还包括步骤S11即采用酒精或丙酮擦拭所述第一毛坯工件或第二毛坯工件上用于与所述第三毛坯工件焊接的侧面，以及所述第三毛坯工件上用于焊接的侧面。

进一步地，在所述步骤S2与所述步骤S3之间，还包括步骤S21即采用酒精或丙酮擦拭所述中间结构体上的所述第三毛坯工件另一侧面，以及所述第一毛坯工件或第二毛坯工件上用于与所述中间结构体焊接的侧面。

进一步地，所述线性摩擦焊接工艺的焊接工艺参数包括振动频率、振动幅度以及缩短量。

进一步地，所述步骤S4中的热处理包括将所述完全结构体放入加热炉中进行加热，保持所述加热炉内温度为480℃-540℃并持续加热4h-8h。

进一步地，所述步骤S5中的机械加工方式包括步骤S51：在所述第一焊缝或第二焊缝上沿其长度方向H标记多个均匀间隔布置的第一切割点；步骤S52：以所述第一切割点所在的平面为切割面对所述完全结构体进行切割得到多个待加工零件，所述切割面与所述第一焊缝或第二焊缝所在的平面相互垂直；步骤S53：对各所述待加工零件以垂直于所述第一焊缝或第二焊缝所在的平面且沿所述长度方向均进行对半切割得到半成品加工零件；步骤S54：根据所述零件的外形结构对各所述半成品加工零件均进行数控加工并在所述第三毛坯工件的中间位置形成所述螺纹孔。

进一步地，所述螺纹孔的边缘距离所述第一焊缝和第二焊缝的长度均为2mm-6mm。

进一步地，所述步骤S52中的切割方式为分步切割或同步切割。

(3)有益效果

综上，本发明通过将螺纹孔设置在耐腐蚀不锈钢材料上配合高强度钢合金材料采用线性摩擦焊接工艺实现整体化制造，提高了长期处于腐蚀环境下的待螺纹孔零件的孔部位的耐腐蚀性。

采用线性摩擦焊接工艺进行毛坯工件的焊接，使得三个毛坯工件构成整体结构后的强度与一体成型的不锈钢材料的强度相同。

采用机械加工可以一次批量实现多个零件的制造，可节约大量成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是现有技术的零件的结构示意图。

图2是现有技术的另一零件的结构示意图。

图3是本发明零件的结构示意图。

图4是本发明的焊接前三个毛坯工件的结构示意图。

图5是本发明的完全结构体的结构示意图。

图6是本发明的完全结构体加工后的透视图。

图7是本发明的零件制造工艺流程图。

图8是本发明的零件制造工艺的另一流程图。

图9是本发明的机械加工的工艺流程图。

图中：

1-零件；11-第一毛坯工件；12-第二毛坯工件；13-第三毛坯工件；14-第一焊缝；15-第二焊缝；131-螺纹孔。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例的详细描述和附图用于示例性地说明本发明的原理，但不能用来限制本发明的范围，即本发明不限于所描述的实施例，在不脱离本发明的精神的前提下覆盖了零件、部件和连接方式的任何修改、替换和改进。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参照附图并结合实施例来详细说明本申请。

如图3-图7所示，本发明提供一种用于一次性成型多个带有螺纹孔零件的制造方法，包括步骤S1：选取多个毛坯工件，多个毛坯工件包括第一毛坯工件11、第二毛坯工件12以及第三毛坯工件13，该第一毛坯工件11与该第二毛坯工件12均采用高强度钢合金材料制备(即高强度钢)，该第三毛坯工件13采用耐腐蚀不锈钢材料制备；步骤S2：将第一毛坯工件11或第二毛坯工件12与第三毛坯工件13采用线性摩擦焊接工艺将焊接成型为中间结构体(该中间结构体为第一毛坯工件11与第三毛坯工件13的焊接整体或者为第二毛坯工件12与第三毛坯工件的焊接整体)，该中间结构体上成型有第一焊缝14；步骤S3：将中间结构体与第二毛坯工件12或第一毛坯工件11采用线性摩擦焊接工艺将焊接成型为完全结构体(若中间结构体为第一毛坯工件11与第三毛坯工件13的焊接整体，则此时应当选择第二毛坯工件12与该中间结构体进行焊接，或若中间结构体为第二毛坯工件12与第三毛坯工件13的焊接整体，则此时应当选择第一毛坯工件11与该中间结构体进行焊接)，该完全结构体上还成型有第二焊缝15，第一焊缝14所在的平面与第二焊缝15所在的平面平行；步骤S4：对完全结构体进行热处理；步骤S5：以完全结构体上的第一焊缝14或第二焊缝15为基准，根据零件1的外形结构采用机械加工方式对完全结构体进行加工，得到多个带有螺纹孔131的零件1，该螺纹孔131位于该第三毛坯工件13上。

本发明通过采用多块分体式毛坯工件进行整体焊接，将螺纹孔部位设置于由耐腐蚀不锈钢材料制备的第三毛坯工件上，其余毛坯工件均采用高强度钢合金材料制备，利用线性摩擦焊接对多块分体式毛坯工件进行焊接整体成型并采用机械加工方式实现带螺纹孔的零件结构的批量化制造，不仅提高螺纹孔的耐腐蚀性能，还能一次可以实现多个零件的制造。

作为一种优选实施方式，如图4和图8所示，在所述步骤S2之前，还包括步骤S11即采用酒精或丙酮擦拭第一毛坯工件11或第二毛坯工件12上用于与第三毛坯工件13焊接的侧面，以及第三毛坯工件13上用于焊接的侧面(若第一毛坯工件11与第三毛坯工件13焊接，则用酒精或丙酮擦拭两者焊接用的侧部表面；若第二毛坯工件12与第三毛坯工件13焊接，则用酒精或丙酮擦拭两者焊接用的侧部表面)，在步骤S2与所述步骤S3之间，还包括步骤S21即采用酒精或丙酮擦拭中间结构体上的第三毛坯工件13的另一侧面，以及第一毛坯工件11或第二毛坯工件12上用于与中间结构体焊接的侧面(若中间结构体为第一毛坯工件11与第三毛坯工件13的焊接整体，则采用酒精或丙酮擦拭第三毛坯工件的另一侧部表面以及第二毛坯工件12上用于焊接的侧部表面；若中间结构体为第二毛坯工件12与第三毛坯工件13的焊接整体，则采用酒精或丙酮擦拭第三毛坯工件的另一侧部表面以及第一毛坯工件11上用于焊接的侧部表面)。通过酒精或丙酮擦拭第一毛坯工件11、第二毛坯工件12以及第三毛坯13上用于焊接的侧面，可以清理三个毛坯工件侧面上的灰尘或其他颗粒物，防止采用线性摩擦焊接工艺所成型的中间结构体或完全结构体而产生焊接面存在空隙而无法完全贴合而影响整体强度。

作为另一种优选实施方式，如图7和图8所示，线性摩擦焊接工艺的焊接工艺参数包括振动频率、振动幅度以及缩短量，该缩短量指的是第一毛坯工件或第二毛坯工件与第三毛坯工件采用线性摩擦焊接工艺，待焊接的两个毛坯工件均会出现沿挤压方向上的长度缩短直至满足实际加工需求的大小，根据零件的外形结构预先设定该缩短量的大小，实际焊接过程，当检测到待焊接的毛坯工件达到该缩短量时，控制焊接设备停止加工，例如振动频率30Hz，振动幅度4mm，缩短量5mm。采用线性摩擦焊接工艺进行毛坯工件的焊接，使得三个毛坯工件构成整体结构后的强度与一体成型的不锈钢材料的强度相同。

作为其他可选实施方式。

优选地，如图7和图8所示，步骤S4中的热处理包括将所述完全结构体放入加热炉中进行加热，保持所述加热炉内温度为480℃-540℃并持续加热4h-8h，该热处理方式为现有技术中较为常规的处理技术，本发明不在赘述。

优选地，如图6和图9所示，步骤S5中的机械加工方式包括步骤S51：在第一焊缝14或第二焊缝15上沿其长度方向H标记多个均匀间隔布置的第一切割点(图中未示出)，通过以该第一焊缝14或第二焊缝15为基准即作为切割点的布置基准，能够便于后续在第三毛坯工件上进行螺纹孔的加工；步骤S52：以第一切割点16所在的平面为切割面对完全结构体进行切割得到多个待加工零件，切割面与第一焊缝14或第二焊缝15所在的平面相互垂直；步骤S53：对各待加工零件以垂直于第一焊缝14或第二焊缝15所在的平面且沿长度方向H均进行对半切割得到半成品加工零件；步骤S54：根据零件1的外形结构对各半成品加工零件均进行数控加工并在第三毛坯工件13的中间位置形成螺纹孔131，该步骤S52中的切割方式可以为分步切割或同步切割。采用机械加工可以一次批量实现多个零件的制造，可节约大量成本。

优选地，如图3所示，该螺纹孔131的边缘距离第一焊缝14和第二焊缝15的长度均为2mm-6mm。

需要明确的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同或相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。本发明并不局限于上文所描述并在图中示出的特定步骤和结构。并且，为了简明起见，这里省略对已知方法技术的详细描述。

以上所述仅为本申请的实施例而已，并不限制于本申请。在不脱离本发明的范围的情况下对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围内。

Claims (6)

1.一种用于批量成型多个带有螺纹孔零件的制造方法，其特征在于，包括步骤如下：

步骤S1：选取多个毛坯工件，多个所述毛坯工件包括第一毛坯工件(11)、第二毛坯工件(12)以及第三毛坯工件(13)，所述第一毛坯工件(11)与所述第二毛坯工件(12)均采用高强度钢合金材料制备，所述第三毛坯工件(13)采用耐腐蚀不锈钢材料制备；

步骤S2：将第一毛坯工件(11)或第二毛坯工件(12)与第三毛坯工件(13)采用线性摩擦焊接工艺将焊接成型为中间结构体，所述中间结构体上成型有第一焊缝(14)；

步骤S3：将所述中间结构体与所述第二毛坯工件(12)或第一毛坯工件(11)采用线性摩擦焊接工艺将焊接成型为完全结构体，所述完全结构体上还成型有第二焊缝(15)，所述第一焊缝(14)所在的平面与所述第二焊缝(15)所在的平面平行；

步骤S4：对所述完全结构体进行热处理；

步骤S5：以所述完全结构体上的所述第一焊缝(14)或所述第二焊缝(15)为基准，根据所述零件(1)的外形结构采用机械加工方式对所述完全结构体进行加工，得到多个带有螺纹孔(131)的所述零件(1)，所述螺纹孔(131)位于所述第三毛坯工件(13)上；

所述步骤S5中的机械加工方式包括

步骤S51：在所述第一焊缝(14)或第二焊缝(15)上沿其长度方向H标记多个均匀间隔布置的第一切割点；

步骤S52：以所述第一切割点所在的平面为切割面对所述完全结构体进行切割得到多个待加工零件，所述切割面与所述第一焊缝(14)或第二焊缝(15)所在的平面相互垂直，切割方式为同步切割；

步骤S53：对各所述待加工零件以垂直于所述第一焊缝(14)或第二焊缝(15)所在的平面且沿所述长度方向H均进行对半切割得到半成品加工零件；

步骤S54：根据所述零件(1)的外形结构对各所述半成品加工零件均进行数控加工并在所述第三毛坯工件(13)的中间位置形成所述螺纹孔(131)。

2.根据权利要求1所述的用于批量成型多个带有螺纹孔零件的制造方法，其特征在于，在所述步骤S2之前，还包括步骤S11即采用酒精或丙酮擦拭所述第一毛坯工件(11)或第二毛坯工件(12)上用于与所述第三毛坯工件(13)焊接的侧面，以及所述第三毛坯工件(13)上用于焊接的侧面。

3.根据权利要求1所述的用于批量成型多个带有螺纹孔零件的制造方法，其特征在于，在所述步骤S2与所述步骤S3之间，还包括步骤S21即采用酒精或丙酮擦拭所述中间结构体上的所述第三毛坯工件(13)另一侧面，以及所述第一毛坯工件(11)或第二毛坯工件(12)上用于与所述中间结构体焊接的侧面。

4.根据权利要求1所述的用于批量成型多个带有螺纹孔零件的制造方法，其特征在于，所述线性摩擦焊接工艺的焊接工艺参数包括振动频率、振动幅度以及缩短量。

5.根据权利要求1所述的用于批量成型多个带有螺纹孔零件的制造方法，其特征在于，所述步骤S4中的热处理包括将所述完全结构体放入加热炉中进行加热，保持所述加热炉内温度为480℃-540℃并持续加热4h-8h。

6.根据权利要求1所述的用于批量成型多个带有螺纹孔零件的制造方法，其特征在于，所述螺纹孔(131)的边缘距离所述第一焊缝(14)和第二焊缝(15)的长度均为2mm-6mm。

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