CN117680940B - 一种高硬度大直径薄壁半圆筒加工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高硬度大直径薄壁半圆筒加工方法;步骤为采用钢锭锻造工艺,对钢锭进行锻造穿管,制备成大直径薄壁套筒,依次经球化退火工艺处理、粗加工处理和精加工处理,获得预制件;将预制件预热,采用多用炉淬火工艺对预热的预制件进行淬火处理,将淬火处理的预制件进行深冷处理,按设定时间进行保温,经多次回火处理和精车处理,采用水切工艺对预制件进行切割,获得高硬度大直径薄壁半圆筒;通过高硬度大直径薄壁半圆筒加工方法的设计以解决现有的高硬度大直径薄壁半圆筒获得通常采用机械切割时,由于尺寸大,壁薄,硬度高,在切割过程中,极易出现炸裂、崩裂及变形,以及无法满足公差要求,产品率低等技术问题。
Description
技术领域
本发明涉及大直径薄壁半圆筒加工技术领域,尤其是涉及一种高硬度大直径薄壁半圆筒加工方法。
背景技术
现有的高硬度大直径薄壁半圆筒获得通常采用机械切割时,由于尺寸大,壁薄,硬度高,在机械切割过程中,极易出现炸裂、崩裂及变形等问题。例如直径达400mm,壁厚只有20mm,长度为800mm的圆筒,硬度达到HRC60,在机械切割过程中,如图1所示,由于内应力大,在切割过程中极易出现炸裂;如图2所示,在切割至末端时,圆筒发生端头崩裂的情况;再有,切开后发生了变形,开口处要不张开,要不缩小,无法保证公差,成型产品率低。
因此,针对上述问题本发明急需提供一种高硬度大直径薄壁半圆筒加工方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高硬度大直径薄壁半圆筒加工方法,通过高硬度大直径薄壁半圆筒加工方法的设计以解决现有的高硬度大直径薄壁半圆筒获得通常采用机械切割时,由于尺寸大,壁薄,硬度高,在切割过程中,极易出现炸裂、崩裂及变形以及无法满足公差要求,产品率低等技术问题。
本发明提供的一种高硬度大直径薄壁半圆筒加工方法,包括如下步骤:
采用钢锭锻造工艺,对钢锭进行锻造穿管,制备成大直径薄壁套筒,依次经球化退火工艺处理、粗加工处理和精加工处理,获得预制件;
将预制件预热,采用多用炉淬火工艺对预热的预制件进行淬火处理,将淬火处理的预制件进行深冷处理,在-140至-120℃下,按设定时间进行保温,经多次回火处理和精车处理,采用水切工艺对预制件进行切割,获得高硬度大直径薄壁半圆筒。
优选地,预制件进行淬火处理后,立即放入液氮深冷炉内进行深冷处理,设定的保温时间为4-6h。
优选地,预制件预热前,进行第一次去机械加工应力处理,即将预制件放入炉中,加热至300℃,保温4-6小时,冷却至100℃以下,再进行预热处理;预制件水切工艺前,进行第二次去机械加工应力处理,将精车处理的预制件加热至200℃,保温24-48h。
优选地,采用多用炉淬火工艺对预热的预制件进行淬火处理,淬火温度为830-850℃,保温2h-4h。
优选地,球化退火工艺处理过程中,温度设定为820-840℃,保温4-6h。
优选地,大直径薄壁套筒的直径≥400mm;粗套筒的壁厚为20-30mm。
优选地,回火处理的温度为150-160℃,回火处理的次数为2-6次,每次回火处理后,保温3-4h。
优选地,粗加工处理和精加工处理,减少大直径薄壁套筒的尺寸,同时为回火后精车处理留有余量。
优选地,预制件淬火处理后,预制件硬度≥HRC60。
优选地,钢锭为GCr15轴承钢、GCr15SiMn轴承钢、9Cr18轴承钢、9Cr18MoV轴承钢或4Cr13轴承钢中的一种。
本发明提供的一种高硬度大直径薄壁半圆筒加工方法与现有技术相比具有以下进步:
1、本发明提出的高硬度大直径薄壁半圆筒加工方法,采用钢锭锻造工艺,对钢锭进行锻造穿管,制备成大直径薄壁套筒,相比现有的采用一根大的棒料从中间切削加工,保证硬度的前提下,可以避免使用棒料的浪费,以及避免使用钢管存在的缺陷;球化退火工艺处理大直径薄壁套筒,获得类似粒状珠光体的球化组织,从而降低硬度,改善切削加工性能,并为淬火做组织准备;采用多用炉淬火工艺对预制件进行淬火处理,达到硬度HRC60左右;通过低温深冷处理,金属材料的内部结构会发生变化,晶粒细化,位错密度增加,从而使预制件的强度和硬度得到提高;其次,低温深冷处理使金属材料的韧性得到改善,在深冷状态下,金属的内部结构发生变化,位错密度减少,晶粒细化,从而提高了材料的韧性;再经多次回火处理,可以进一步消除内应力,避免后续的切割造成爆裂等一系列问题;多次回火处理后的精车处理,加工到图纸尺寸,满足公差要求;采用水切替代现有的切割方式,不会产生热变形和热效应,避免如电火花线切割的热效应等产生的炸裂;可以完全避免预制件在切割过程中的炸裂、崩裂及变形等问题,成品率高,同时切开后尺寸满足公差要求,在公差范围内。
2、本发明提供的高硬度大直径薄壁半圆筒加工方法,预制件预热前,进行第一次去机械加工应力处理,即将预制件放入炉中,加热至300℃,保温4-6小时,冷却至100℃以下,再进行预热处理;可以去除机械加工加工过程中的应力和内应力。
3、本发明提供的高硬度大直径薄壁半圆筒加工方法,预制件水切工艺前,进行第二次去机械加工应力处理,将精车处理的预制件加热至200℃,保温24-48h;继续消除机械加工应力。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案,下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图是本发明的一些实施方式,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为现有技术的圆筒在切割过程中的炸裂图;
图2为现有技术的圆筒在切割到端头发生崩裂图;
图3为实施例一中所述高硬度大直径薄壁半圆筒加工方法的制备步骤图;
图4为实施例一中所述高硬度大直径薄壁半圆筒加工图纸;
图5为实施例一中所述高硬度大直径薄壁半圆筒切割过程中图;
图6为实施例一中所述高硬度大直径薄壁半圆筒切开后图;
图7为实施例二中所述高硬度大直径薄壁半圆筒加工方法的制备步骤图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例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。
本发明提供的一种高硬度大直径薄壁半圆筒加工方法,包括如下步骤:
步骤一,采用钢锭锻造工艺,对钢锭进行锻造穿管,制备成大直径薄壁套筒,依次经球化退火工艺处理、粗加工处理和精加工处理,获得预制件;
步骤二,将预制件预热,采用多用炉淬火工艺对预热的预制件进行淬火处理,将淬火处理的预制件进行深冷处理,在-140至-120℃下,按设定时间进行保温,经多次回火处理和精车处理,采用水切工艺对预制件进行切割,获得高硬度大直径薄壁半圆筒。
本发明通过高硬度大直径薄壁半圆筒加工方法的提出,优点如下:
1)采用钢锭锻造工艺,对钢锭进行锻造穿管,制备成大直径薄壁套筒,相比现有的采用一根大的棒料从中间切削加工,保证硬度的前提下,可以避免使用棒料的浪费,以及避免使用钢管存在的缺陷。
2)球化退火工艺处理大直径薄壁套筒,获得类似粒状珠光体的球化组织,从而降低硬度,改善切削加工性能,并为淬火做组织准备。
3)采用多用炉淬火工艺对预制件进行淬火处理,达到硬度HRC60左右。
4)将淬火处理的预制件进行深冷处理,在-140至-120℃下,优选地,在-120℃按设定时间进行保温处理。深冷处理的优点在于:首先,通过低温深冷处理,金属材料的内部结构会发生变化,晶粒细化,位错密度增加,从而使预制件的强度和硬度得到提高;其次,低温深冷处理使金属材料的韧性得到改善(释放内应力),在深冷状态下,金属的内部结构发生变化,位错密度减少,晶粒细化,从而提高了材料的韧性。
5)经多次回火处理,可以进一步消除内应力,避免后续的切割造成爆裂等一系列问题。
6)多次回火处理后的精车处理,加工到图纸尺寸,满足公差要求。
7)采用水切替代现有的切割方式,不会产生热变形和热效应,避免如电火花线切割的热效应等产生的炸裂。
综上所述,本发明高硬度大直径薄壁半圆筒加工方法获得的高硬度大直径薄壁半圆筒,由于深冷处理可以使得高硬度大直径薄壁半圆筒各个点位应力均匀,多次回火处理有效的消除内应力,再通过水切方式切割,可以完全避免预制件在切割过程中的炸裂、崩裂及变形等问题,成品率高,同时切开后尺寸满足公差要求,在公差范围内。
本发明的预制件进行淬火处理后,立即放入液氮深冷炉内进行深冷处理,设定的保温时间为4-6h,优选地,设定的保温时间为5h;在-140至-120℃下,需要足够的保温时间,给予金属的晶粒细化时间,保证位错密度增加,从而使预制件的强度和硬度得到提高,提高了材料的韧性,进而避免在后期的切割过程中出现炸裂、崩裂及变形等问题,提高成品率。
预制件预热前,进行第一次去机械加工应力处理,即将预制件放入炉中,加热至300℃,保温4-6小时,优选地,保温5h,冷却至100℃以下,再进行预热处理;可以去除机械加工加工过程中的应力和内应力;预制件水切工艺前,进行第二次去机械加工应力处理,将精车处理的预制件加热至200℃,保温24-48h;继续消除机械加工应力。
本发明在精加工和预热处理前进行了第一次去机械加工应力处理,采用深冷处理释放内应力,多次回火释放内应力,在精车和水切过程中第二次去机械加工应力处理,多次的内应力处理,有效的解决预制件在切割过程中的炸裂、崩裂及变形等问题,成品率高。
本发明的采用多用炉淬火工艺对预热的预制件进行淬火处理,淬火温度为830-850℃,保温2h-4h;其中淬火温度为840℃
本发明球化退火工艺处理过程中,温度设定为820-840℃,优选地,温度设定为830℃;保温4-6h,优选地,保温5h。
本发明大直径薄壁套筒的直径≥400mm;粗套筒的壁厚为20-30mm。
本发明回火处理的温度为150-160℃,优选地,回火处理的温度为155℃,回火处理的次数为2-6次,优选地,回火处理的次数为5次,每次回火处理后,保温3-4h。
本发明粗加工处理和精加工处理,减少大直径薄壁套筒的尺寸,同时为回火后精车处理留有余量。
本发明预制件淬火处理后,预制件硬度≥HRC60。
本发明钢锭为GCr15轴承钢、GCr15SiMn轴承钢、9Cr18轴承钢、9Cr18MoV轴承钢或4Cr13轴承钢中的一种。
实施例一
如图3所示,高硬度大直径薄壁半圆筒,具体制备步骤为:
101)采用钢锭锻造工艺,对GCr15轴承钢进行锻造穿管,制备成大直径薄壁套筒,大直径薄壁套筒的直径400mm;粗套筒的壁厚为20mm,长度为800mm;
102)采用球化退火工艺处理大直径薄壁套筒,球化退火工艺处理过程中,温度设定为820℃;保温4h;
103)粗加工处理和精加工处理,获得预制件;
104)预制件预热处理,预热温度为400℃;
105)多用炉淬火工艺对预热的预制件进行淬火处理,达到硬度HRC60左右;淬火温度为830℃,保温2hh;
106)将淬火处理的预制件进行深冷处理,在-120℃下,保温4h;
107)经多次回火处理,回火处理的温度为150℃,回火处理的次数为6次,每次回火处理后,保温3h;
108)多次回火处理后的精车处理,加工到图纸尺寸,如图4所示,满足公差要求;
109)采用水切工艺对预制件进行切割,获得高硬度大直径薄壁半圆筒。
获得的高硬度大直径薄壁半圆筒见图5、图6,预制件切割过程中无炸裂、崩裂及变形等问题,成品率高,切开后尺寸要满足公差要求,在公差范围内,直径变形量小于0.06mm。
实施例二
本实施例是在实施例一的基础上进一步的改进,实施例一公开的内容,本实施例不在赘述。
如图7所示,预制件预热前,进行第一次去机械加工应力处理,即将预制件放入炉中,加热至300℃,保温4小时,优选地,保温5h,冷却至100℃以下,再进行预热处理;可以去除机械加工加工过程中的应力和内应力;预制件水切工艺前,进行第二次去机械加工应力处理,将精车处理的预制件加热至200℃,保温24h;继续消除机械加工应力。
获得的高硬度大直径薄壁半圆筒无炸裂、崩裂及变形等问题,成品率高,切开后尺寸要满足公差要求,在公差范围内,直径变形量小于0.06mm。
实施例三
高硬度大直径薄壁半圆筒,具体制备步骤为:
301)采用钢锭锻造工艺,对GCr15SiMn轴承钢进行锻造穿管,制备成大直径薄壁套筒,大直径薄壁套筒的直径≥500mm;粗套筒的壁厚为30mm;
302)采用球化退火工艺处理大直径薄壁套筒,球化退火工艺处理过程中,温度设定840℃;保温6h;
303)粗加工处理和精加工处理,获得预制件;
304)预制件预热处理,预热温度为450℃;
305)多用炉淬火工艺对预热的预制件进行淬火处理,达到硬度HRC60左右;淬火温度为850℃,保温4h;
306)将淬火处理的预制件进行深冷处理,在-140℃下,保温6h;
307)经多次回火处理,回火处理的温度为160℃,回火处理的次数为2次,每次回火处理后,保温4h;
308)多次回火处理后的精车处理,加工到图纸尺寸,满足公差要求;
309)采用水切工艺对预制件进行切割,获得高硬度大直径薄壁半圆筒。
获得的高硬度大直径薄壁半圆筒切割过程中无炸裂、崩裂及变形等问题,成品率高,切开后尺寸要满足公差要求,在公差范围内,直径变形量小于0.06mm。
实施例四
高硬度大直径薄壁半圆筒,具体制备步骤为:
401)采用钢锭锻造工艺,对9Cr18轴承钢进行锻造穿管,制备成大直径薄壁套筒,大直径薄壁套筒的直径450mm;粗套筒的壁厚为25mm;
402)采用球化退火工艺处理大直径薄壁套筒,球化退火工艺处理过程中,温度设定为830℃;保温5h;
403)粗加工处理和精加工处理,获得预制件;
404)预制件预热处理,预热温度为420℃;
405)多用炉淬火工艺对预热的预制件进行淬火处理,达到硬度HRC60左右;淬火温度为840℃,保温3h;其中淬火温度为840℃;
406)将淬火处理的预制件进行深冷处理,在-130℃下,保温5h;
407)经多次回火处理,回火处理的温度为155℃,回火处理的次数为4次,每次回火处理后,保温4h;
408)多次回火处理后的精车处理,加工到图纸尺寸,满足公差要求;
409)采用水切工艺对预制件进行切割,获得高硬度大直径薄壁半圆筒。
获得的高硬度大直径薄壁半圆筒切割过程中无炸裂、崩裂及变形等问题,成品率高,切开后尺寸要满足公差要求,在公差范围内,直径变形量小于0.06mm。
最后应说明的是:以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (4)
1.一种高硬度大直径薄壁半圆筒加工方法,其特征在于:包括如下步骤:
采用钢锭锻造工艺,对钢锭进行锻造穿管,制备成大直径薄壁套筒,依次经球化退火工艺处理、粗加工处理和精加工处理,获得预制件;
将预制件预热,采用多用炉淬火工艺对预热的预制件进行淬火处理,将淬火处理的预制件进行深冷处理,在-140至-120℃下,按设定时间进行保温,经多次回火处理和精车处理,采用水切工艺对预制件进行切割,获得高硬度大直径薄壁半圆筒;预制件进行淬火处理后,立即放入液氮深冷炉内进行深冷处理,设定的保温时间为4-6h;
预制件预热前,进行第一次去机械加工应力处理,即将预制件放入炉中,加热至300℃,保温4-6小时,冷却至100℃以下,再进行预热处理;预制件水切工艺前,进行第二次去机械加工应力处理,将精车处理的预制件加热至200℃,保温24-48h;
球化退火工艺处理过程中,温度设定为820-840℃,保温4-6h;
采用多用炉淬火工艺对预热的预制件进行淬火处理,淬火温度为830-850℃,保温2h-4h;
钢锭为GCr15轴承钢、GCr15SiMn轴承钢、9Cr18轴承钢、9Cr18MoV轴承钢或4Cr13轴承钢中的一种;
预制件淬火处理后,预制件硬度≥HRC60。
2.根据权利要求1所述的高硬度大直径薄壁半圆筒加工方法,其特征在于:大直径薄壁套筒的直径≥400mm;粗套筒的壁厚为20-30mm。
3.根据权利要求1所述的高硬度大直径薄壁半圆筒加工方法,其特征在于:回火处理的温度为150-160℃,回火处理的次数为2-6次,每次回火处理后,保温3-4h。
4.根据权利要求1所述的高硬度大直径薄壁半圆筒加工方法,其特征在于:粗加工处理和精加工处理,减少大直径薄壁套筒的尺寸,同时为回火后精车处理留有余量。
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