CN117047176A - 一种双刃转鼓刀轴的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及飞剪设备领域，具体地说是一种双刃转鼓刀轴的制造方法。包括：优化刀轴调质余量图：对剪刃安装面粗开槽加工，槽两端面不开通；按优化后的调质余量图对工件轴调质处理，使得余量满足设定要求；配置配重块：按照剪刃安装面槽外形尺寸加工配重块，将配置块放置于转体中以复原回转体外形轮廓及重心；角度板辅助定位：于传动侧设置角度板，通过丝表校正角度板的辅助基准孔轴线与机床轴平行。本发明解决了双刃转鼓刀轴加工后表面硬度不满足设计要求、车削加工中不平衡惯性力影响加工精度、剪刃安装面及锁紧缸平行度及复合角度误差难控制技术问题。
Description
技术领域
本发明涉及飞剪设备领域，具体地说是一种双刃转鼓刀轴的制造方法。
背景技术
“双刃转鼓刀轴”是转鼓式飞剪设备的重要零件，用于实现连续轧钢生产线钢板的切头、切尾和分段，材料为42CrMo锻件，重量在20吨～50吨之间，工件外形总长在5米～9米不等，直径在φ1030mm以上，参见图1双刃转鼓刀轴精加工交货图，零件精度高、结构复杂,制造难点多，现有技术如下:
一、“双刃转鼓刀轴”制造工艺流程主要有“锻造-粗车-调质处理-半精车-半精铣-精车-精铣”等工序，采用自由锻造法锻坯成型，只能锻制为简单轴类，现有技术在调质处理过程中，调质状态为外圆留余量的轴类(参见图2现有技术调质余量图)，虽然热处理过程中此工艺方法工件钢性好、可减少热处理变形,但存在如下问题：
1.调质热处理后，工件需通过机械加工的方法去除大量余量以获得双剪刃安装面⑤及锁紧缸孔③的复杂外形，最大余量处约去除180mm以上(参见图2)，余量去除后工作面的硬度和外圆表面硬度相差较大，利用现有技术调质处理后，经过后期余量的去除加工，导致剪刃安装面及锁紧缸安装面的综合机械性能不能满足设计要求，该处硬度与轴径处最大处相差约100HB以上，且工件整体钢性差,车削加工过程中挠度大使轴径外圆的车削精度降低，不能满足设计精度要求；
2.调质处理后大切削量的加工使工件产生加工应力，为保证最终精加工尺寸，后续需增加尺寸稳定化处理，增加了制造成本和制造周期。
二.参见图1双刃转鼓刀轴精加工交货图，双刃转鼓刀轴的设计精度要求很高，由于剪刃安装面大余量的去除，存在问题如下：
1.“双刃转鼓刀轴”回转构件的重心与车削加工中回转轴线不重合，车削加工时需要配置平衡块以减少离心力产生的振动及对机床主轴轴承的磨损，现有技术采用在机床花盘上配置平衡块的方法来消除不平衡量对车削精度的影响，但剪刃安装面⑤区域加工后产生的不平衡量很大，每个剪刃开槽后需要配重1060KG以上才能满足平衡要求，车床花盘配重法难以达到大吨位配重要求，此方法只能减少车削加工过程中的离心力，无法完全消除不平衡量影响。新的配重方法需要突破现有技术，使工件重心与车床主轴回转轴线重合，降低车削加工中不平衡惯性力影响，保证加工精度，优化配重方法是本发明需要解决的技术难题.
三.剪刃安装面⑤及锁紧缸孔③有平行度及复合角度要求，选用镗床加工，按现有技术以已加工面校正法进行二次装夹加工，由于机床系统误差及装夹误差，很难保证双剪刃间的平行度及角度公差，需要设计专用工装来消除二次装夹的综合误差。
因而本发明待解决的技术问题包括：1.探究合理的热处理调质方法，解决“双刃转鼓刀轴”加工后表面硬度不满足设计要求及硬度不均匀的技术问题，保证产品内在质量的稳定性；2.解决“双刃转鼓刀轴”车削加工中不平衡惯性力影响加工精度的问题；3.解决“双刃转鼓刀轴”剪刃安装面⑤及锁紧缸孔③平行度、复合角度误差难控制的问题。
发明内容
为了解决双刃转鼓刀轴加工后表面硬度不满足设计要求、车削加工中不平衡惯性力影响加工精度、剪刃安装面及锁紧缸平行度及复合角度误差难控制等现有技术难题，本发明采取的主要工艺方法如下：
一种双刃转鼓刀轴的制造方法，包括：优化调质余量图；配置配重块；角度板辅助定位。
进一步的，优化刀轴调质余量图：对剪刃安装面粗开槽加工，槽两端面不开通；按优化后的调质余量图对工件轴调质处理，使得余量满足设定要求；
进一步的，配置配重块：按照剪刃安装面槽外形尺寸加工配重块，将配置块放置于转体中以复原回转体外形轮廓及重心；
进一步的，角度板辅助定位：于传动侧设置角度板，通过丝表校正角度板的辅助基准孔轴线与工件轴平行。
进一步的，调质处理时刀轴的最大余量小于40mm，参见图3最大余量处36mm。
进一步的，调质前还包括粗车刀轴各节外圆；调质后还包括半精车加工刀轴各节外圆，半精铣加工刀槽。
进一步的，配重前对剪刃安装面、锁紧缸孔和锁紧缸安装螺栓孔预先粗加工；按工件双剪刃安装面去除余量的重量及槽外形尺寸加工配重块；通过把合螺栓连接，在双剪刃安装面上配置配重块。
进一步的，下料制作钢板，并钻螺栓孔若干组；将圆钢按9*220尺寸布局焊接在钢板上，与工件上锁紧缸孔尺寸一致。
进一步的，所述辅助基准孔包括4-φ100H6。
进一步的，通过丝表校正角度板外圆，使其与工件轴承档外圆的同轴度误差在一定范围内，辅助基准孔轴线方位与工件的刃槽方位一致；将角度板通过螺栓连接及销定位与工件装配一体；
进一步的，通过丝表校正角度板的辅助基准孔轴线与机床主轴平行后，精加工剪刃安装面、锁紧缸孔、锁紧缸孔安装螺栓孔；
进一步的，起吊工件翻转90°，通过丝表校正角度板的另一辅助基准孔轴线与机床主轴平行后，精加工另一侧的剪刃安装面、锁紧缸孔、锁紧缸孔安装螺栓孔。
进一步的，所述角度板外圆为φ1000H6，包括4-φ100H6辅助基准孔，6-φ40通孔，2-φ30H7销孔。
本发明具有以下有益效果：
一、参见图3新调质余量图，本发明技术通过调质前双刃槽粗加工的措施来优化调质余量图，提高工件表面综合机械性能，使工件各区域的工作表面硬度满足设计要求，技术效果如下：1.使工件剪刃安装面⑤调质后获得良好的综合力学性能，零件调质后再经过半精、精加工工序的余量去除，表面仍可保留硬度较高的淬透层，解决原先技术中工件剪刃安装面⑤开槽加工后硬度低且不均匀等技术问题,新技术方案精加工后各工作面的满足设计要求HB200～240的硬度要求。2.槽两端不开通，可增强工件钢性，减少调质过程中零件变形。
二、参见图1精加工交货图，本发明技术的配重方案是利用配重块复原回转体外形轮廓及重心的方法，彻底解决车削加工中不平衡惯性力影响，应用此方法进行车削加工，可控制传动端⑥及操作侧⑦相对于轴承档①(基准A)及轴承档②(基准B)的径向跳动在0.02mm/A-B内，满足设计精度要求。
三.参见图7和8的角度板装配图，本发明技术以“角度板”为辅助校正基准，解决镗床加工时剪刃安装面二次装夹加工平行度及复合角度误差不易保证的难题。将“角度板”通过螺栓联接及销定位与工件装配一体，后续二次装夹加工时，可以通过调整工件的辅助支撑来调整工件的装夹位置，通过丝表校正“角度板”辅助基准孔后，夹紧工件并镗削双剪刃安装面及孔系，解决工件加工过程中二次装夹产生的误差。应用此方法可控制剪刃安装面平行度在0.1/A-B mm内，复合角度误差在0.05°内，达到设计精度要求。
附图说明
图1是本发明中双刃转鼓刀轴精加工交货图；
图2是现有技术中调质余量图；
图3是本发明中调质余量图；
图4是本发明中配重前剪刃安装面加工预案示意图；
图5是本发明中配重块制作示意图；
图6是本发明中配重块装配示意图；
图7是本发明中角度板设计示意图；
图8是本发明中角度板装配示意图。
图中各编号：1、轴承档1；2、轴承档2；3、锁紧缸孔；4、锁紧缸安装螺栓孔；5、剪刃安装面；6、传动侧；7、操作侧；
9、圆钢；10、钢板；11配重块螺栓孔；12、把合螺栓；13、配重块。
具体实施方式
请参阅图3新的调质余量图，本发明技术通过优化调质余量图的工艺措施，提高工件表面综合机械性能，使工件各区域的工作表面硬度满足设计要求。
调质处理的目的是使工件获得良好的综合力学性能，影响调质处理质量的重要因素是钢的淬透性。按钢的淬透性高低，工件42CrMo材质虽是淬透性较高的调质钢，但在20℃水淬时，临界直径为42～85mm，油淬时临界直径为30～60mm，按上述数据，在热处理质量最理想的状态下，工件单面余量不能超过钢的淬透性临界值85mm/2，否则工件热处理后经过余量去除加工，就会导致最终精加工后工作表面无淬硬层，性能达不到设计要求。
调质前双剪刃安装面粗开槽加工,槽两端面不开通留余约60mm余量，可增强工件钢性，减少调质过程中零件变形。调质处理时工件的最大余量小于40mm(本发明最大余量为36mm)，这样零件调质后工件即便再经过半精、精加工工序的余量去除，表面仍可保留硬度较高的淬透层。
新技术通过优化调质余量图，对双刃槽热处理前进行开粗加工，解决原先技术中工件剪刃安装面⑤开槽加工后硬度低且不均匀等技术问题，使“双刃转鼓刀轴”的剪刃安装面⑤及锁紧缸安装面③调质后获得良好的综合力学性能，精加工后各工件面满足HB200～240的硬度要求。
请参阅图4-6的配重块示意图，本发明技术采用配重块复原回转体外形轮廓及重心的方法，解决车削加工中不平衡惯性力影响。应用此方法进行车削加工，可控制传动端⑥及操作侧⑦相对于轴承档①(基准A)及轴承档②(基准B)的径向跳动在0.02mm/A-B内，满足设计精度要求。
具体方法为：1)参见图4配重前剪刃安装面加工预案示意图，工件的双剪刃安装面⑤、锁紧缸孔③、锁紧缸安装螺栓孔④预先粗加工；2)参见图5配重块制作示意图，按工件双剪刃安装面⑤去除余量的重量及槽外形尺寸加工配重块；3)参见图6配重块装配示意图，在双剪刃安装面⑤上配置配重块用把合螺栓/>配重块与工件组装一体，通过配重块复原回转体外形轮廓及重心，以解决车削加工中不平衡惯性力影响。
请参阅图5的制作示意图，1、钢板⑩按图所示加工外形下料制作，并钻配重块螺栓孔共4*9组，保证钢板⑩外形尺寸及配重块螺栓孔/>孔距与工件一致；2、圆钢⑨按9*220尺寸布局焊接在钢板⑩上，与工件上锁紧缸孔尺寸一致。
参见图1双刃转鼓刀轴精加工交货图，根据双剪刃安装面及锁紧缸平行度、复合角度的设计要求，结合机床加工原理，设计制作“角度板”，按“角度板”校正剪刃安装面及锁紧缸复合角度及中心线位置，解决工件加工过程中二次装夹产生的误差。
本方案中“双刃转鼓刀轴”的双剪刃采用镗床加工，由于镗床的加工范围受限，需要先将“双刃转鼓剪刀轴”的一个剪刃安装面及锁紧缸孔系加工后，再吊移工件翻身90°并校正夹紧后镗削其另一剪刃安装面及锁紧缸孔系，需要二次装夹工件才能完成双剪刃的加工。
现有技术在吊移工件二次装夹后，是按已加工剪刃安装面校正后，再进行另一剪刃加工，此方法忽视了装夹定位元件误差及机床工作台偏载或导轨间隙等问题，导致二个工位下加工的剪刃安装面及锁紧缸孔系精度不符合设计要求。
对于机床加工范围受限需二次装夹，且二个工位加工相互间精度要求高的工件，需要一个辅助基准作为后续的校正基准，才能保证工件在前后加工过程中的基准统一。
请参阅图7的角度板设计示意图，本发明技术中以“角度板”为辅助校正基准，将双刃转鼓刀轴的两个剪刃安装面及锁紧缸孔系的相互关系，转换在角度板的2组φ100孔上，后期双剪刃的加工都以角度板上的2组φ100孔校正加工。具体实施方法为：将“角度板”通过螺栓联接及销定位与工件轴端装配一体，在后续二次装夹加工时，可以通过调整工件的辅助支撑来调整工件的装夹位置，通过丝表校正角度板辅助基准孔φ100的轴线与机床主轴平行，保证两次装夹状态都与角度板孔的轴线方位一致后，夹紧工件并镗削工件的剪刃安装面及锁紧缸孔系。
本发明技术只需在二次装夹加工过程中，均以角度板上的2组φ100H6孔校正，使工件二次装夹位置均以角度板为基准，消除了机床综合误差及夹具误差对加工精度的影响，此方法只需保证角度板的制作精度满足要求即可，方法简单易操作，可满足小批量及大批量的加工需求，加工效率高，对机床精度要求低，加工精度易保证。
角度板设计示意图，要求如下：1、角度板外圆φ1000h6作为校正与工件同轴的基准，外圆尺寸设计精度优于6级，圆柱度优于0.01mm；2、圆周径向4-φ100 H6的复合角度孔，要求尺寸精度优于6级，该孔轴线夹角7°及90°与工件剪刃安装面复合角度一致，角度误差控制在0.02°。3、参见图8角度板装配示意图，将角度板与工件用螺栓联接，利用工件轴端面8-M36螺栓孔，在角度板厚度平面设计相对应的6-φ40通孔和2-φ30H7销孔，用于与工件轴端螺栓把合和锥销定位，使加工过程中角度板与工件之间不发生任何位移，保证角度板和工件之间有准确不变的位置关系。
角度板过程步骤为：1、选用钢板下料制作；2、选用高精度数控镗铣床加工，按角度板设计要求制作，控制外圆φ1000h6及圆周径向4-φ100H6孔精度；3、用三坐标检测设备,对角度板按设计要求进行精度检验；4、机床上校正角度板外圆φ1000h6与工件轴承档外圆同轴度误差在0.01 mm内，再配作2个φ30H7，配作后装入定位销。
实施例
双刃转鼓刀轴采用材料为42CrMo锻件，制造工艺流程主要有“锻造-粗车-粗铣槽-调质处理-半精车-半精铣槽-精车-精铣槽”等工序。
本发明提供一种双刃转鼓刀轴的制造方法，通过对关键技术难点创新突破，保证工件最终的加工精度及综合机械性能满足设计要求，具体实施方式如下：
一、调质前粗加工
1.参见图3新调质余量图，粗车各节外圆；
2.参见图3新调质余量图，粗铣槽。
二、调质处理
按热处理工艺规程要求，工件进炉热处理.
三、调质后半精加工
1.参见图1精加工交货图，留2～3mm余量，各节外圆半精车加工；
2.参见图1精加工交货图，留2～3mm余量，双刃槽半精铣加工。
3.参见图4配重前剪刃安装面加工预案示意图，按交货图留2～3mm余量，加工锁紧缸孔③及锁紧缸安装螺栓孔④。
四.平衡块的制作
1.参见图4配重前剪刃安装面加工预案示意图，计算机建模计算工件的双剪刃安装面及锁紧缸安装面的去除重量；
2.参见图5配重块制作示意图，按工件双刃槽的去除重量及槽外形尺寸制作配重块，具体如下：
1)钢板⑩按图所示加工外形下料制作，并钻配重块螺栓孔共4*9组，保证钢板⑩外形尺寸及配重块螺栓孔/>孔距与工件一致；
2)圆钢⑨按9*220尺寸布局焊接在钢板⑩上，与工件上锁紧缸孔尺寸一致。
3.参见图6配重块装配示意图，用把合螺栓把合联接，在双刃剪安装面⑤上配置配重块/>通过配重块复原回转体外形轮廓及重心，以解决车削加工中不平衡惯性力影响。
五、轴径精车加工
1.参见图6配重块装配示意图，在双刄槽处配置平衡块；
2.按两端轴承档外圆校正工件，校正后精车各节外圆尺寸至精加工交货图要求。
3.工件下机床，拆下配重块，吊至镗床加工双刃槽。
六、角度板的制作
参见图7角度板制作示意图进行制作
1.选用钢板下料制作；
2.选用高精度数控镗铣床及车床加工，按角度板设计要求制作，控制外圆φ1000h6及圆周径向4-φ100 H7孔精度；
3.用三坐标检测设备,对角度板按设计要求进行精度检验；
七、双刃槽精镗加工
1.工件吊至镗床，工件放置回转台，V型铁上装夹工件，校正工件两端轴承档①及轴承档②，误差在0.02mm内，搭压板压牢工件；
2.吊装角度板，参照图8角度板装配示意图进行装配，丝表校正角度板外圆φ1000h6与工件轴承档外圆同轴度误差在0.02 mm内，4-φ100H6孔轴线方位与工件双刃槽方位一致，配作2个φ30H7，配作后装入定位销；
3.丝表校正角度板上φ100H6孔轴线与机床主轴平行后，精加工刃剪安装面⑤；
4.安装角铣头，通过角铣头二次转直，与待加工的锁紧缸安装面③孔轴线平行，精加工锁紧缸安装面及孔；
5.行车起吊工件翻身90°；
6.丝表校正角度板上另一900方位的φ100H6孔轴线与机床主轴平行后，精加工刃剪安装面⑤；
7.安装角铣头，通过角铣头二次转直，与待加工的锁紧缸安装面③孔轴线平行，精加工锁紧缸安装面及孔。
Claims (8)
1.一种双刃转鼓刀轴的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)优化刀轴调质余量图：对剪刃安装面粗开槽加工，槽两端面不开通；按优化后的调质余量图对工件轴调质处理，使得余量满足设定要求；
(2)配置配重块：按照剪刃安装面槽外形尺寸加工配重块，将配置块放置于转体中以复原回转体外形轮廓及重心；
(3)角度板辅助定位：于传动侧设置角度板，通过丝表校正角度板的辅助基准孔的轴线与机床轴平行。
2.根据权利要求1所述的双刃转鼓刀轴的制造方法，其特征在于，调质处理时刀轴的最大余量小于40mm。
3.根据权利1所述的双刃转鼓刀轴的制造方法，其特征在于，调质前还包括粗车刀轴各节外圆；调质后还包括半精车加工刀轴各节外圆，半精铣加工刀槽。
4.根据权利要求1所述的双刃转鼓刀轴的制造方法，其特征在于，配重前对剪刃安装面、锁紧缸孔和锁紧缸安装螺栓孔预先粗加工；按工件双剪刃安装面去除余量的重量及槽外形尺寸加工配重块；通过把合螺栓连接，在双剪刃安装面上配置配重块。
5.根据权利要求1所述的双刃转鼓刀轴的制造方法，其特征在于，下料制作钢板，并钻螺栓孔若干组；将圆钢按9*220尺寸布局焊接在钢板上，与工件上锁紧缸孔尺寸一致。
6.根据权利要求1所述的双刃转鼓刀轴的制造方法，其特征在于，所述辅助基准孔包括4-φ100H6。
7.根据权利要求1所述的双刃转鼓刀轴的制造方法，其特征在于，
通过丝表校正角度板外圆，使其与工件轴承档外圆的同轴度误差在一定范围内，辅助基准孔轴线方位与工件的刃槽方位一致；将角度板通过螺栓连接及销定位与工件装配一体；
通过丝表校正角度板的辅助基准孔轴线与机床主轴平行后，精加工剪刃安装面、锁紧缸孔、锁紧缸孔安装螺栓孔；
起吊工件翻转90°，通过丝表校正角度板的另一辅助基准孔轴线与机床主轴平行后，精加工另一侧的剪刃安装面、锁紧缸孔、锁紧缸孔安装螺栓孔。
8.根据权利要求1所述的双刃转鼓刀轴的制造方法，其特征在于，所述角度板外圆为φ1000H6，包括4-φ100H6辅助基准孔，6-φ40通孔，2-φ30H7销孔。
Priority Applications (1)
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| CN202311038026.0A CN117047176A (zh) | 2023-08-16 | 2023-08-16 | 一种双刃转鼓刀轴的制造方法 |
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