CN115491472A - 一种环件淬火抗变形装置及薄壁件加工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种环件淬火抗变形装置，包括盖体组件以及用于抗变形的滚轮组件；盖体组件的上盖体以及下盖体连接形成套设在环件外周上的环形壳体；环形壳体上预留淬火缺口，便于环件进行淬火，滚轮组件的端面滚轮以及径向滚轮能够对环件的端面和外圆面进行压紧，避免环件淬火过程中发生翘曲、变形等不良异常，并且采用滚轮接触的形式，能够避免人工多次装夹和拆卸对加工精度产生影响。本发明还公开了一种薄壁件加工方法，采用了环件淬火抗变形装置，本方法中，薄壁件坯料与厚度较大的主锻件坯料合锻在一起，构成整体的环锻件，避免薄壁件变形，并且，通过滚轮组件中的端面滚轮和径向滚轮在淬火中限制薄壁件的变形，以实现高精度生产。
Description
技术领域
本发明涉及淬火工装领域，具体涉及一种环件淬火抗变形装置及薄壁件加工方法。
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。
然而传统的浮动环工装职能做到8个或16个装夹点位，无法约束中间其他部位抵抗变形，且装夹位置会影响淬火，装夹装置拆卸会造成浮动环装夹变形、生产效率低等问题。
综上所述，急需一种环件淬火抗变形装置及薄壁件加工方法以解决现有技术中装夹点位多造成环件变形以及薄壁件加工困难的问题。
发明内容
本发明目的在于提供一种环件淬火抗变形装置及薄壁件加工方法，以解决现有技术中装夹点位多造成环件变形以及薄壁件加工困难的问题，具体技术方案如下：
一种环件淬火抗变形装置，包括盖体组件以及用于抗变形的滚轮组件；
所述盖体组件包括上盖体以及下盖体；上盖体以及下盖体连接形成套设在环件外周上的环形壳体；环形壳体上设置有用于环件淬火的淬火缺口；所述滚轮组件包括端面滚轮以及径向滚轮；端面滚轮以及径向滚轮均设置在环形壳体内；端面滚轮的外圆周与环件的端面接触；径向滚轮的外圆周与环件的外圆周接触。
以上技术方案优选的，所述上盖体以及下盖体之间的配合面为台阶面。
以上技术方案优选的，盖体组件还包括用于支撑下盖体的支撑柱。
以上技术方案优选的，所述盖体组件还包括限位销；限位销竖向贯穿上盖体以及下盖体，用于上盖体以及下盖体之间的限位。
以上技术方案优选的，所述上盖体以及下盖体均对应设置有冷却孔；多组冷却孔沿环件的周向设置在上盖体或下盖体上，冷却孔用于环件的冷却。
以上技术方案优选的，多组端面滚轮分别与环件的上端面和下端面滚动接触。
以上技术方案优选的，多组端面滚轮以及多组径向滚轮沿环件的周向设置。
以上技术方案优选的，端面滚轮以及径向滚轮均可拆卸设置在环形壳体内；端面滚轮以及径向滚轮均可绕其轴线转动。
一种薄壁件加工方法，采用了所述环件淬火抗变形装置，薄壁件加工方法包括以下步骤：
步骤S1：将合锻后的环锻件与环件淬火抗变形装置工装配合：环锻件包括薄壁件坯料和主锻件坯料，抗变形装置的环形壳体套设在薄壁件坯料的外周上，实现滚轮组件与薄壁件坯料表面接触；
步骤S2：淬火装置通过淬火缺口对薄壁件坯料进行淬火并旋转环锻件；
步骤S3：对薄壁件坯料进行冷却；
步骤S4：对完成淬火的环锻件进行回火；
步骤S5：进行环锻件坯料切分，得到薄壁件。
以上技术方案优选的，所述步骤S3中，采用冷却孔对薄壁件坯料冷却，具体是：多组冷却孔沿周向形成多段冷却区域，多段冷却区域的冷却液流量逐渐降低。
应用本发明的技术方案，具有以下有益效果：
(1)本发明中的环件淬火抗变形装置，包括盖体组件以及用于抗变形的滚轮组件；盖体组件的上盖体以及下盖体连接形成套设在环件外周上的环形壳体；环形壳体上预留淬火缺口，便于环件进行淬火，滚轮组件的端面滚轮以及径向滚轮能够对环件的端面和外圆面进行压紧，避免环件(例如薄壁件)淬火过程中发生翘曲、变形等不良异常，并且采用滚轮接触的形式，能够避免人工多次装夹和拆卸对加工精度产生影响，本发明中一次装配完成后即可贯穿整个加工过程，提高工件加工精度和生产效率。
(2)本发明中，上盖体、下盖体之间采用台阶面配合，避免上、下盖体之间发生径向偏移，还便于上、下盖体的快速装配；本发明中的支撑柱为整个装置提供稳定的支撑。
(3)本发明中，限位销能够实现上、下盖体之间的径向限位，避免上、下盖体之间发生相对位移，即能够保证结构的稳定。
(4)本发明中，上、下盖体均设置有冷却孔；多组冷却孔沿环件的周向设置，冷却孔用于环件的冷却。
(5)本发明中，单独设置冷却区域(即多组冷却孔形成的区域)对淬火后的环件进行冷却，能够提高加工精度，传统的冷却方式是，在淬火装置(例如淬火感应器)上增加喷水器孔，但是由于需要淬火，淬火区域无法安装喷水结构，而变形主要在冷却时发生，因此，本发明在盖体(包括上盖体和下盖体)上设置冷却孔，能够保证及时冷却并且通过滚轮组件限制变形，从而提高加工精度。
(6)本发明中，通过多组周向设置的端面滚轮以及径向滚轮与环件的多个位置滚动接触，保证环件不变形。
(7)本发明中，端面滚轮以及径向滚轮均可拆卸设置，能够便于根据不同的加工需求更换不同直径的滚轮。
(8)一种薄壁件加工方法，采用了所述环件淬火抗变形装置，薄壁件加工方法包括步骤S1至步骤S5，本方法中，薄壁件坯料与厚度较大的主锻件坯料合锻在一起，构成整体的环锻件，避免薄壁件由于厚度小，壁厚小，直径大从而容易导致变形，并且，通过滚轮组件中的端面滚轮和径向滚轮在淬火中限制薄壁件的变形，以实现高精度生产。
(9)本发明的加工方法中，通过多个冷却区域，采用阶梯式降温的方式，对淬火后的薄壁件进行降温，能够达到良好的降温效果以及更好的利用有限的冷却液。
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是本实施例中薄壁件与主锻件合锻在一起形成环锻件的示意图；
图2是本实施例中环件淬火抗变形装置的示意图；
图3是图2中滚轮组件与环件的局部示意图；
图4是图3中径向滚轮或端面滚轮的结构示意图；
图5是图2的俯视示意图(示意了外部的淬火装置)；
其中，1、盖体组件；1.1、上盖体；1.2、下盖体；1.3、支撑柱；1.4、限位销；1.a、淬火缺口；1.b、冷却孔；2、滚轮组件；2.1、端面滚轮；2.11、上端面滚轮；2.12、下端面滚轮；2.2、径向滚轮；2.a、滚轮；2.b、滚轴；3、环件(环锻件)；3.1、薄壁件坯料；3.2、主锻件坯料；4、外部淬火装置。
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：
一种环件淬火抗变形装置，包括盖体组件1以及用于环件3抗变形的滚轮组件2，如图1至图5所示，具体如下；
如图1所示，本实施例中的环件3可以是薄壁圆环件(以下简称薄壁件)也可以是薄壁件与主锻件合锻在一起形成的环锻件3，本实施例中，由于薄壁件厚度小，壁厚小，直径大，单独锻造容易导致薄壁件变形，因此，本实施例中以环锻件3作为工件为例进行说明：
如图1所示，所述环锻件整体是由同心圆环组成，环锻件3具体包括薄壁件与主锻件(主锻件是具有一定厚度的环形锻件)，环锻件整体的横截面呈现工字形状，工字形状的上圆环是薄壁件，其他部分为主锻件，可满足正常车、磨、钻、铣等机加工艺及热处理工艺。
如图2至图4所示，所述盖体组件1包括上盖体1.1、下盖体1.2、支撑柱1.3以及限位销1.4；
所述上盖体1.1和下盖体1.2能够接合形成套设在环件3外周(即环锻件)上的环形壳体，上盖体1.1和下盖体1.2具体是套设在环锻件的薄壁件(即标号3.1所示)外周上，其中，上盖体1.1的下端面为第一台阶面，下盖体1.2的上端面为第二台阶面，第一台阶面和第二台阶面相互契合，即上盖体1.1和下盖体1.2通过台阶面接合形成环形壳体；
本实施例中，为了便于对环锻件(具体是环锻件的薄壁件)进行淬火，在环形壳体上开设有淬火缺口1.a，淬火缺口1.a的形成具体是：在上盖体1.1和下盖体1.2上均开设有上下对应的缺口，上盖体1.1和下盖体1.2的缺口位置能够将环形壳体内的薄壁件裸露出来，便于外部淬火装置4(例如淬火感应器)对环件3进行淬火。
所述支撑柱1.3的上端固定连接在下盖体1.2的下端面上，支撑柱1.3的作用是为整个装置提供稳定的支撑，支撑柱1.3的下端固定在地面上，本实施例中示意了四组支撑柱1.3，四组支撑柱1.3沿水平周向设置。
所述限位销1.4用于保证两组盖体(即上盖体1.1和下盖体1.2)之间的稳定性，具体是：支撑柱1.3的上端面开设有限位孔，限位销1.4由上至下依次贯通两组盖体，并且限位销1.4的下端插入限位孔，本实施例中，限位销1.4和支撑柱1.3一一对应设置。
本实施例中对盖体组件1优选的：上盖体1.1以及下盖体1.2均设置有多组冷却孔1.b，冷却孔1.b的作用是便于薄壁件淬火完成后及时的冷却，即冷却孔1.b与外部的冷却液提供装置(即图5中标号a、b以及c所示)通过管道连通。
多组冷却孔1.b沿周向设置在上盖体1.1的上端面或下盖体1.2的下端面上，相邻两组冷却孔1.b在周向的距离为5-15cm，优选多组冷却孔1.b等距设置，相邻两组冷却孔1.b距离为5cm；其中，上盖体1.1以及下盖体1.2上的冷却孔1.b一一对应设置；本实施例中，沿周向，可以将上、下盖体上的多组冷却孔1.b划分为用于对薄壁件冷却的多段冷却区域，分别是第一冷却区域、第二冷却区域以及第三冷却区域；第一冷却区域中，最靠近淬火缺口1.a的一组冷却孔1.b，该冷却孔与淬火缺口1.a在周向的距离为3-5cm，能够保证冷却的及时性，其中，第一冷却区域的多组冷却孔1.b(包括上、下盖体的冷却孔)与冷却液提供装置a连通，第二冷却区域的多组冷却孔1.b与冷却液提供装置b连通，第三冷却区域的多组冷却孔1.b与冷却液提供装置c连通。
如图5所示，在圆周方向，第一冷却区域、第二冷却区域以及第三冷却区域占上盖体1.1或下盖体1.2所在圆的角度为θ，θ为160°-180°；淬火缺口1.a所占圆周角度为β，β为10°。
如图3和图4所示，所述滚轮组件2包括端面滚轮2.1以及径向滚轮2.2；端面滚轮2.1以及径向滚轮2.2均设置在环形壳体内，具体是端面滚轮2.1以及径向滚轮2.2均设置在上盖体1.1和下盖体1.2上，端面滚轮2.1的外圆周与环件3的端面(具体是薄壁件的端面)接触；径向滚轮2.2的外圆周与环锻件的外圆周(具体是薄壁件的外圆周)接触。
上述滚轮组件2的作用原理具体是：通过端面滚轮2.1限制薄壁件的上、下端面的变形，而通过径向滚轮2.2限制薄壁件外圆周的变形，即能够实现对薄壁件的三向压紧，而薄壁件的内径方向由于是与主锻件合锻在了一起，因此，本实施例中的滚轮组件2实际能够满足对环件3(即环锻件)的四个方向的变形限制。
需要说明的是，如果薄壁件(即标号3.1所示)或其他类型的环结构不与主锻件(即标号3.2所示)合锻在一起(即不采用环锻件的加工方式)，那么本实施例中的滚轮组件2对此类的薄壁件或其他类型的环结构也同样适用，即本实施例中的滚轮组件2也可以在三个方向上限制薄壁件或其他类型的环结构的变形，也能够满足实际生产的需求。
此处对滚轮组件2做进一步的说明：所述端面滚轮2.1包括上端面滚轮2.11和下端面滚轮2.12；上端面滚轮2.11的外圆周能与薄壁件(标号3.1所示)的上端面接触，而下端面滚轮2.12的外圆周能与薄壁件的下端面接触；其中，上端面滚轮2.11、下端面滚轮2.12以及径向滚轮2.2均设置有多组，具体数量根据相应的工件规格以及盖体的规格进行匹配，多组上端面滚轮2.11、下端面滚轮2.12以及径向滚轮2.2均沿工件的周向设置。
本实施例中，为了便于根据不同的加工情况更换不同的滚轮组件2，因此，本实施例中的端面滚轮2.1和径向滚轮2.2均采用可拆卸式的方式设置在盖体上，本实施例提供一种可拆卸式的方式如下：
需要说明的是，如图4所示，端面滚轮2.1和径向滚轮2.2的结构形式是一致的，端面滚轮2.1和径向滚轮2.2均包括滚轮2.a和滚轴2.b，滚轴2.b包括第一滚轴和第二滚轴，第一滚轴和第二滚轴螺纹连接后形成阶梯轴，此处的阶梯轴为中间小，两头大的结构，阶梯轴中间的小直径位置用于安装滚轮2.a，而阶梯轴两头大直径位置能够与盖体上的孔结构转动配合，此处阶梯轴的轴肩是为了限制滚轮2.a不会在滚轴2.b上偏移(即限制滚轮在滚轴轴向方向的运动)。即采用此种形式，可以通过可拆卸式的滚轴2.b匹配不同外径规格的滚轮2.a。
端面滚轮2.1和径向滚轮2.2与盖体的配合形式如下：
针对径向滚轮2.2来说：下盖体1.2的上端面设置有盲孔，上盖体1.1的下端面也设置有盲孔，盲孔的内径为阶梯轴的大头端外径的5-15mm；在需要装配径向滚轮2.2时，滚轮2.a和滚轴2.b组装完成后，滚轴2.b的第一滚轴的大头端插入下盖体1.2的上端面的盲孔内，滚轴2.b的第二滚轴的大头端通过在上盖体1.1盖合时，与上盖体1.1的下端面的盲孔对准插入即可。
针对端面滚轮2.1来说：上盖体1.1以及下盖体1.2的内侧面均设置有电磁吸附部位(未图示)，端面滚轮2.1的滚轴2.b左右两端均为金属材质，在需要装配端面滚轮2.1时，将组装好的滚轮2.a和滚轴2.b推入上盖体1.1或下盖体1.2内，且滚轴2.b的轴向两侧面与电磁吸附部位相抵，然后给电磁吸附部位供电，电磁吸附部位将滚轴2.b吸紧在上盖体1.1或下盖体1.2内，在拆卸时，只需给电磁吸附部位断电，然后将滚轴2.b和滚轮2.a取出即可，为了保证端面滚轮2.1安装时的便捷性，电磁吸附部位可以设计成带滑槽(未示意)的形式，滑槽的内宽等于滚轴2.b大头端的外径，这样在安装滚轴2.b时，只需将滚轴2.b沿着滑槽开设方向推入滑槽内，且保证滚轴2.b的端面与滑槽内壁相抵即可。
一种薄壁件加工方法，所述环件淬火抗变形装置，薄壁件加工方法包括以下步骤：
步骤S1：将合锻后的环锻件3与环件淬火抗变形装置工装配合，环锻件包括薄壁件坯料3.1和主锻件坯料3.2，具体如下：
步骤S1.1、主锻件坯料3.2水平固定在外部转动工装上，可以在外部工装的驱动下绕其轴线自转；
步骤S1.2：将环件淬火抗变形装置的上盖体1.1和下盖体1.2盖合在薄壁件坯料3.1的外周上，此时薄壁件坯料3.1被上盖体1.1和下盖体1.2结合形成环形壳体套设，并且，抗变形装置的滚轮组件2与薄壁件坯料3.1的外周接触(当主锻件坯料3.2转动时，薄壁件坯料3.1与滚轮组件2滚动接触)，进一步来说就是，径向滚轮2.2的外圆周与薄壁件坯料3.1的外圆周面接触，上端面滚轮2.11的外圆周与薄壁件坯料3.1的上端面接触，下端面滚轮2.12的外圆周与薄壁件坯料3.1的下端面接触；
上述步骤完成后，布置在淬火缺口1.a位置的淬火装置(标号4所示)对薄壁件坯料3.1进行预热，并且外部的冷却液提供装置通过冷却孔1.b向薄壁件坯料3.1的表面喷入PAG淬火液(即冷却液)，淬火液浓度16％-18％，淬火液温度28-35℃；
步骤S2：开始淬火，即外部的淬火装置4布置在环形壳体预留出的淬火缺口1.a位置，淬火装置通过在淬火缺口1.a裸露出的薄壁件坯料3.1进行淬火，其中，通过外部工装的驱动下，薄壁件坯料3.1在抗变形装置内转动，在转动过程中，滚轮组件2的多组滚轮能够与薄壁件坯料3.1的表面滚动接触，从而限制薄壁件坯料3.1的变形；其中，在进行淬火工作时，环锻件3在外部工装的驱动下实现自转，而抗变形装置和淬火装置则相对地面静止；
步骤S3：当薄壁件坯料3.1淬火后的部位转动至冷却孔1.b(即冷却区域)位置时，冷却液提供装置(即图5中的标号a、b以及c所示)通过冷却孔1.b向薄壁件坯料3.1喷冷却液，进而实现冷却；
其中，多段冷却区域能够阶梯式的给薄壁件坯料3.1进行冷却，即多段冷却区域的冷却液流量逐渐降低，具体是，与冷却液提供装置a连通的冷却孔，通过该冷却孔的冷却液流量为P1L/min；与冷却液提供装置b连通的冷却孔，通过该冷却孔的冷却液流量为P2L/min；与冷却液提供装置c连通的冷却孔，通过该冷却孔的冷却液流量为P3L/min；其中，P1＞P2＞P3；
进一步的，冷却液提供装置a为多组冷却孔提供的总流量为10L/min，冷却液提供装置b为多组冷却孔提供的总流量为9L/min，冷却液提供装置c为多组冷却孔提供的总流量为5L/min。
步骤S4：薄壁件坯料3.1完成淬火后，关闭淬火装置，移除淬火装置且外部工装停止转动，将抗变形装置从薄壁件坯料3.1上拆下，将整个环锻件3中还未淬火的区域(即主锻件坯料)进行淬火，整个环锻件完成淬火后，开始进行回火，回火如下：将环锻件降温至室温，吊装进入回火炉，开始回火；其中，升温速度50℃/h，回火温度170±10℃，保温时间240±10min；
步骤S5：进行环锻件坯料切分，得到薄壁件，具体是：环锻件回火完成后冷却至室温吊装出回火炉，开始进行切割，即从环锻件上切割出薄壁件；
对得到的薄壁件进行如下检测：使用便携式磁粉探伤仪MP-A/2L进行裂纹自检；使用连续法磁粉探伤机进行统一裂纹专检。
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)
1.一种环件淬火抗变形装置，其特征在于，包括盖体组件(1)以及用于抗变形的滚轮组件(2)；
所述盖体组件(1)包括上盖体(1.1)以及下盖体(1.2)；上盖体(1.1)以及下盖体(1.2)连接形成套设在环件(3)外周上的环形壳体；环形壳体上设置有用于环件(3)淬火的淬火缺口(1.a)；
所述滚轮组件(2)包括端面滚轮(2.1)以及径向滚轮(2.2)；端面滚轮(2.1)以及径向滚轮(2.2)均设置在环形壳体内；端面滚轮(2.1)的外圆周与环件(3)的端面接触；径向滚轮(2.2)的外圆周与环件(3)的外圆周接触。
2.根据权利要求1所述的环件淬火抗变形装置，其特征在于，所述上盖体(1.1)以及下盖体(1.2)之间的配合面为台阶面。
3.根据权利要求2所述的环件淬火抗变形装置，其特征在于，盖体组件(1)还包括用于支撑下盖体(1.2)的支撑柱(1.3)。
4.根据权利要求1所述的环件淬火抗变形装置，其特征在于，所述盖体组件(1)还包括限位销(1.4)；限位销(1.4)竖向贯穿上盖体(1.1)以及下盖体(1.2)，用于上盖体(1.1)以及下盖体(1.2)之间的限位。
5.根据权利要求1所述的环件淬火抗变形装置，其特征在于，所述上盖体(1.1)以及下盖体(1.2)均对应设置有冷却孔(1.b)；多组冷却孔(1.b)沿环件(3)的周向设置在上盖体(1.1)或下盖体(1.2)上，冷却孔(1.b)用于环件(3)的冷却。
6.根据权利要求1所述的环件淬火抗变形装置，其特征在于，多组端面滚轮(2.1)分别与环件(3)的上端面和下端面滚动接触。
7.根据权利要求6所述的环件淬火抗变形装置，其特征在于，多组端面滚轮(2.1)以及多组径向滚轮(2.2)沿环件(3)的周向设置。
8.根据权利要求6或7所述的环件淬火抗变形装置，其特征在于，端面滚轮(2.1)以及径向滚轮(2.2)均可拆卸设置在环形壳体内；端面滚轮(2.1)以及径向滚轮(2.2)均可绕其轴线转动。
9.一种薄壁件加工方法，采用了权利要求5所述环件淬火抗变形装置，其特征在于，薄壁件加工方法包括以下步骤：
步骤S1：将合锻后的环锻件与环件淬火抗变形装置工装配合：环锻件包括薄壁件坯料(3.1)和主锻件坯料(3.2)，抗变形装置的环形壳体套设在薄壁件坯料(3.1)的外周上，实现滚轮组件(2)与薄壁件坯料(3.1)表面接触；
步骤S2：淬火装置通过淬火缺口(1.a)对薄壁件坯料(3.1)进行淬火并旋转环锻件；
步骤S3：对薄壁件坯料(3.1)进行冷却；
步骤S4：对完成淬火的环锻件进行回火；
步骤S5：进行环锻件坯料切分，得到薄壁件。
10.根据权利要求9所述的薄壁件加工方法，其特征在于，所述步骤S3中，采用冷却孔(1.b)对薄壁件坯料(3.1)冷却，具体是：多组冷却孔(1.b)沿周向形成多段冷却区域，多段冷却区域的冷却液流量逐渐降低。
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