CN115302189A - 一种高疲劳寿命高强度爪头的加工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于爪头加工领域，具体涉及一种高疲劳寿命高强度爪头的加工方法，包括如下步骤：步骤一：选料，成品收爪状态时的最大直径为D mm，原坯料的直径选用D+(0.5‑1)mm；步骤二：对原坯料的外形按成品收爪状态的尺寸进行加工；步骤三：对完成步骤二的半成品的一端部进行钻孔加工并形成有贯穿该端部的内腔，对完成步骤二的半成品的另一端部进行钻孔加工和攻螺纹加工形成有贯穿该端部的连接孔；本发明通过在使用相同材料的前提下，通过改进优化爪头的生产工艺，提高爪头回弹张开力，经收缩再松开后，可自由张开至原始设计尺寸，实现正常抓取产品功能，提升爪头疲劳寿命，满足收爪和张爪1万次以上。
Description
技术领域
本发明涉及爪头加工技术领域，具体为一种高疲劳寿命高强度爪头的加工方法。
背景技术
目前爪头传统的主要生产工艺流程，为按爪头张开状态进行加工外形和内腔尺寸：1.上料(按张爪状态尺寸选取直径)→2.钻左、右两端孔→3.车外形及左端内腔(按张爪状态)→4.钳工攻螺纹→5.热处理→6.线切割割瓣→7.收爪状态磨外形→8.抛光→9.表面处理。
该爪头的主要工作部位为前段的卡爪(见说明书附图1)，与爪头配合的外套筒和后端的一个拉伸机构一起，爪头在外套筒中做轴向往复的收爪和张爪动作，实现了对产品的抓取和松开功能。爪头实现零件抓取和松开的过程，即是爪头长期在外套筒中做轴向往复的收爪和张开动作，要求爪头在收缩状态下保持半个小时，再松开后，爪头外径不发生物理尺寸变化，且爪头要满足收爪和张爪1万次以上的疲劳寿命。
为保证爪头长久实现收爪和张爪(大于1万次)，爪头必须要有足够的回弹力。按传统工艺制造的爪头，在使用前期就提前失效。而目前先按爪头张开状态加工外形和内腔尺寸后再热处理，不能保证爪头有很好的回弹力，需要进行工艺改进。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高疲劳寿命高强度爪头的加工方法，解决了背景技术中提到的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种高疲劳寿命高强度爪头的加工方法，包括如下步骤：
步骤一：选料，成品收爪状态时的最大直径为D mm，原坯料的直径选用D+(0.5-1)mm；
步骤二：对原坯料的外形按成品收爪状态的尺寸进行加工；
步骤三：对完成步骤二的半成品的一端部进行钻孔加工并形成有贯穿该端部的内腔，对完成步骤二的半成品的另一端部进行钻孔加工和攻螺纹加工形成有贯穿该端部的连接孔；
步骤四：对完成步骤三的半成品的一端部沿该半成品的环向进行轴向切割处理，使得该端部形成有若干个沿半成品环向均匀分布的瓣状结构半成品；
步骤五：采用与所述内腔相匹配的塞头，将塞头的端部置入所述内腔内直至若干个所述瓣状结构半成品张开至成品张爪状态的尺寸，并对塞头进行定位，再对该半成品进行热处理；
步骤六：取出所述塞头，对完成步骤五的半成品进行抛光处理和表面硬化处理，形成成品。
优选的，所述内腔由前至后依次衔接有爪头段、扩张段、过渡段及收缩段；
爪头段的内表面具有向内延伸的环向凸起；
扩张段的内径和收缩段的内径均呈等径设置，且收缩段的内径小于扩张段的内径；
过渡段的内径由前至后逐步减小，且过渡段的大内径端与扩张段衔接，过渡段的小内径端与收缩段衔接。
优选的，所述环向凸起设置于所述爪头段的后端部，爪头段前端部的内径朝着远离环向凸起的方向逐步增大。
优选的，所述塞头具有塞头连接段和与塞头连接段衔接且能置入所述内腔内的塞头置入段；
塞头连接段与塞头置入段的衔接处设置有能与所述环向凸起配合的塞头让位凹槽；
塞头置入段的外径朝着远离塞头让位凹槽的方向逐步减小。
优选的，所述原坯料选用3Cr13材质。
优选的，所述步骤五中的所述热处理为真空热处理。
优选的，所述真空热处理时，先采用真空淬火炉进行淬火处理，后再进行回火处理。
优选的，进行所述真空热处理时，淬火时采用真空快速淬火油作为淬火介质，回火时的温度为450℃，回火时间为3小时，并循环2次。
优选的，进行所述真空热处理时，先将半成品在650℃环境保温1小时，然后再在850℃环境保温2小时，最后在1030℃保温2.5小时。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
1、传统工艺的取材直径按照成品的张爪状态尺寸，本发明工艺的取材直径按照成品的收爪状态尺寸，如此，势必会大量节省原材料。
2、将先热处理再割成若干瓣，优化为先割成若干瓣后，再定型做真空热处理，保证了爪头很好的回弹性能；
3、将普通热处理改为真空热处理，提高了材料的热处理效果，更好的将材料的弹性性能效果展现出来，并提高了爪头的外观质量；
4、减少了收爪磨外圆的工序，降低了爪头生产成本。
本发明通过在使用相同材料的前提下，通过改进优化爪头的生产工艺，提高爪头回弹张开力，经收缩再松开后，可自由张开至原始设计尺寸，实现正常抓取产品功能，提升爪头疲劳寿命，满足收爪和张爪1万次以上。
附图说明
图1为本发明所述的成品爪头的剖视图；
图2为本发明所述的成品爪头的结构示意图；
图3为本发明所述的半成品的结构示意图；
图4为本发明所述的半成品定型状态的结构示意图；
图5为本发明所述的热处理后瓣状结构的结构示意图；
图6为本发明所述的热处理后瓣状结构的结构示意图。
图中：1、内腔；2、连接孔；3、瓣装结构；4、塞头；5、爪头段；6、扩张段；7、过渡段；8、收缩段；9、环向凸起；10、塞头连接段；11、塞头置入段；12、让位凹槽，13、钩部结构，14、成品爪头，15、半成品。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
一种高疲劳寿命高强度爪头的加工方法，包括如下步骤：
步骤一：选料，成品收爪状态时的最大直径为D mm，原坯料的直径选用 D+0.5-1mm；
步骤二：对原坯料的外形按成品收爪状态的尺寸进行加工；
步骤三：对完成步骤二的半成品的一端部进行钻孔加工并形成有贯穿该端部的内腔1，对完成步骤二的半成品的另一端部进行钻孔加工和攻螺纹加工形成有贯穿该端部的连接孔2；
步骤四：对完成步骤三的半成品的一端部沿该半成品的环向进行轴向切割处理，使得该端部形成有若干个沿半成品环向均匀分布的瓣状结构半成品；
步骤五：采用与所述内腔1相匹配的塞头4，将塞头4的端部置入所述内腔1内直至若干个所述瓣状结构半成品张开至成品张爪状态的尺寸，并对塞头3进行定位，再对该半成品进行热处理；
步骤六：取出所述塞头4，对完成步骤五的半成品进行抛光处理和表面硬化处理，形成成品。
所述内腔1由前至后依次衔接有爪头段5、扩张段6、过渡段7及收缩段8；
爪头段5的内表面具有向内延伸的环向凸起9；
扩张段6的内径和收缩段8的内径均呈等径设置，且收缩段8的内径小于扩张段6的内径；
过渡段7的内径由前至后逐步减小，且过渡段7的大内径端与扩张段6 衔接，过渡段7的小内径端与收缩段8衔接。
所述环向凸起9设置于所述爪头段5的后端部，爪头段5前端部的内径朝着远离环向凸起9的方向逐步增大。
所述塞头4具有塞头连接段10和与塞头连接段10衔接且能置入所述内腔1内的塞头置入段11；
塞头连接段10与塞头置入段11的衔接处设置有能与所述环向凸起9配合的塞头让位凹槽12；
塞头置入段11的外径朝着远离塞头让位凹槽12的方向逐步减小。
所述原坯料选用3Cr13材质。
所述步骤五中的所述热处理为真空热处理。
所述真空热处理时，先采用真空淬火炉进行淬火处理，后再进行回火处理。
进行所述真空热处理时，淬火时采用真空快速淬火油作为淬火介质，回火时的温度为450℃，回火时间为3小时，并循环2次。
进行所述真空热处理时，先将半成品在650℃环境保温1小时，然后再在 850℃环境保温2小时，最后在1030℃保温2.5小时。
实施例：
以加工收爪状态最大直径为7.4mm、张爪状态最大直径为11.3mm的成品爪头14为例，如图1所示，该成品爪头14一端部具有能与与拉伸机构螺纹连接的连接孔2，另一端部具有四个呈张开状态且沿该端部环向均匀分布的瓣状结构3，瓣状结构3的内表面具有向内延伸的钩部结构13。
一种高疲劳寿命高强度爪头的加工方法，包括如下步骤：
步骤一：选料，成品收爪状态时的最大直径为7.4mm，原坯料的直径选用8mm，
步骤二：对原坯料的外形按成品收爪状态的尺寸进行加工，如图3所示；
步骤三：对完成步骤二的半成品的一端部进行钻孔加工并形成有贯穿该端部的内腔1，对完成步骤二的半成品的另一端部进行钻孔加工和攻螺纹加工形成有贯穿该端部的连接孔2，如图3所示；
步骤四：对完成步骤三的半成品的一端部沿该半成品的环向进行轴向切割处理，使得该端部形成有四个沿半成品环向均匀分布的瓣状结构半成品；
步骤五：采用与所述内腔1相匹配的塞头4，将塞头4的端部置入所述内腔1内直至若干个所述瓣状结构半成品张开至成品张爪状态的尺寸，并对塞头3进行定位，如图4所示，再对该半成品进行热处理，瓣状结构半成品形成瓣状结构3，如图5-6所示，瓣状结构3经过定型真空热处理，保持了足够的回弹性能，且真空热处理淬火变形小，工艺稳定性好，同时可有防止零件热处理过程中被氧化，方便后工序抛光；
步骤六：取出所述塞头4，对完成步骤五的半成品进行抛光处理和表面硬化处理，形成成品。
现有工艺，在进行该爪头加工时，原材料是按照成品张爪状态时的最大直径来选取，范围可为11.3+(0.5-1)mm，也即会选用大约直径为12mm的原材料，而本专利是可采用成品收爪状态时的最大直径来选取并加工，可见，可大量减少切削废料，大量节省原材料；
进一步地，所述步骤三中，可将所述内腔1加工形成如下结构：所述内腔1由前至后依次衔接有爪头段5、扩张段6、过渡段7及收缩段8；
爪头段5的内表面具有向内延伸的环向凸起9；
扩张段6的内径和收缩段8的内径均呈等径设置，且收缩段8的内径小于扩张段6的内径；
过渡段7的内径由前至后逐步减小，且过渡段7的大内径端与扩张段6 衔接，过渡段7的小内径端与收缩段8衔接。
本实施例中，切割并经塞头4定型后，爪头段5、扩张段6、过渡段7及收缩段8可便于形成四个呈张爪状态的瓣状结构3，且爪头段5可直接成型为爪头的钩部结构13。
进一步地，所述环向凸起9设置于所述爪头段5的后端部，爪头段5前端部的内径朝着远离环向凸起9的方向逐步增大。
进一步地，所述塞头4具有塞头连接段10和与塞头连接段10衔接且能置入所述内腔1内的塞头置入段11；
塞头连接段10与塞头置入段11的衔接处设置有能与所述环向凸起9配合的塞头让位凹槽12；
塞头置入段11的外径朝着远离塞头让位凹槽12的方向逐步减小。
本实施例中，塞头4的设置，可便于使得瓣状结构半成品形成呈张爪状态的所述瓣状结构3。
所述原坯料选用3Cr13材质。
所述步骤五中的所述热处理为真空热处理。
所述真空热处理时，先采用真空淬火炉进行淬火处理，后再进行回火处理。
进行所述真空热处理时，淬火时采用真空快速淬火油作为淬火介质，回火时的温度为450℃，回火时间为3小时，并循环2次。
进行所述真空热处理时，先将半成品在650℃环境保温1小时，然后再在 850℃环境保温2小时，最后在1030℃保温2.5小时。
爪头加工完成后，对爪头进行两项疲劳测试：
测试组件主要由伺服电动缸、卡管保持滑台气缸、对中调整超薄气缸、拉力计等组成；测试步骤如下：
1、将抓头组件放入指定位置，对中调整气缸动作，将端部夹紧且保证中心线一致；
2、伺服电动缸开始进行拉力测试，最大拉力达到1000N后，伺服电动缸复位；
3、卡管保持气缸复位运动，将爪头变为张爪状态，保持气缸伸出，将爪头变为收爪状态；
4、伺服电动缸拉力测试，最大拉力达到1000N后，伺服电动缸复位；如此往复运动测试。
疲劳测试1：爪头从张爪变为收爪状态下，负载1000N，往复测试1万次以上，爪头从张爪变为收爪的过程中，爪头弹性力值(不含负载值)和外圆直径数据；
疲劳测试2：爪头收紧后保持0.5小时，爪头张开后的直径尺寸。
测试结果如下表格所示：
疲劳测试1：
疲劳测试2：
通过以上表格可以看出，通过本方案的设计，加工出的爪头的性能优异，很好地解决了现有技术中存在的问题。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (9)
1.一种高疲劳寿命高强度爪头的加工方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一：选料，成品收爪状态时的最大直径为D mm，原坯料的直径选用D+(0.5-1)mm；
步骤二：对原坯料的外形按成品收爪状态的尺寸进行加工；
步骤三：对完成步骤二的半成品的一端部进行钻孔加工并形成有贯穿该端部的内腔(1)，对完成步骤二的半成品的另一端部进行钻孔加工和攻螺纹加工形成有贯穿该端部的连接孔(2)；
步骤四：对完成步骤三的半成品的一端部沿该半成品的环向进行轴向切割处理，使得该端部形成有若干个沿半成品环向均匀分布的瓣状结构半成品；
步骤五：采用与所述内腔(1)相匹配的塞头(4)，将塞头(4)的端部置入所述内腔(1)内直至若干个所述瓣状结构半成品张开至成品张爪状态的尺寸，并对塞头(3)进行定位，再对该半成品进行热处理；
步骤六：取出所述塞头(4)，对完成步骤五的半成品进行抛光处理和表面硬化处理，形成成品。
2.根据权利要求1所述的一种高疲劳寿命高强度爪头的加工方法，其特征在于：所述内腔(1)由前至后依次衔接有爪头段(5)、扩张段(6)、过渡段(7)及收缩段(8)；
爪头段(5)的内表面具有向内延伸的环向凸起(9)；
扩张段(6)的内径和收缩段(8)的内径均呈等径设置，且收缩段(8)的内径小于扩张段(6)的内径；
过渡段(7)的内径由前至后逐步减小，且过渡段(7)的大内径端与扩张段(6)衔接，过渡段(7)的小内径端与收缩段(8)衔接。
3.根据权利要求2所述的一种高疲劳寿命高强度爪头的加工方法，其特征在于：所述环向凸起(9)设置于所述爪头段(5)的后端部，爪头段(5)前端部的内径朝着远离环向凸起(9)的方向逐步增大。
4.根据权利要求2所述的一种高疲劳寿命高强度爪头的加工方法，其特征在于：所述塞头(4)具有塞头连接段(10)和与塞头连接段(10)衔接且能置入所述内腔(1)内的塞头置入段(11)；
塞头连接段(10)与塞头置入段(11)的衔接处设置有能与所述环向凸起(9)配合的塞头让位凹槽(12)；
塞头置入段(11)的外径朝着远离塞头让位凹槽(12)的方向逐步减小。
5.根据权利要求1所述的一种高疲劳寿命高强度爪头的加工方法，其特征在于：所述原坯料选用3Cr13材质。
6.根据权利要求1所述的一种高疲劳寿命高强度爪头的加工方法，其特征在于：所述步骤五中的所述热处理为真空热处理。
7.根据权利要求6所述的一种高疲劳寿命高强度爪头的加工方法，其特征在于：所述真空热处理时，先采用真空淬火炉进行淬火处理，后再进行回火处理。
8.根据权利要求6所述的一种高疲劳寿命高强度爪头的加工方法，其特征在于：进行所述真空热处理时，淬火时采用真空快速淬火油作为淬火介质，回火时的温度为450℃，回火时间为3小时，并循环2次。
9.根据权利要求6所述的一种高疲劳寿命高强度爪头的加工方法，其特征在于：进行所述真空热处理时，先将半成品在650℃环境保温1小时，然后再在850℃环境保温2小时，最后在1030℃保温2.5小时。
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