CN117816905A - 一种锻件余量获取方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及金属锻造技术领域，具体而言，涉及一种锻件余量获取方法。锻件余量获取包括以下步骤：根据第一规则获取锻件加热污染层深度Q；根据第二规则获取锻件缺陷深度D；根据第三规则获取锻件形位公差矢量和ρ；根据第四规则获取锻件机加工装夹误差根据Q、D、ρ和按照第五规则获取锻件余量ΔZ。这样就解决了锻件余量难以确定的问题。
Description
技术领域
本发明涉及金属锻造技术领域，具体而言，涉及一种锻件余量获取方法。
背景技术
环件轧制又称环件辗扩或扩孔，它是借助环件轧制设备轧环机(又称辗扩机或扩孔机)使环件产生壁厚减小、直径扩大、截面轮廓成形的塑性加工工艺。是一种投资小、成本低的先进制造技术，在航空航天、石油化工、火车、船舶、汽车、原子能等许多工业领域都有广泛的应用。环件轧制毛坯在高温加热条件下产生表面氧化、脱碳、以及合金元素蒸发或其它的污染现象，从而导致环锻件表面层机械性能不合格或其它缺陷；因此，环锻件表面需要机械加工，去除金属污染层、去除缺陷，环件锻造过程中需要留有一定加工余量以便于后续机械加工。
加工余量大小直接影响零件的加工质量和生产率。加工余量过大，不仅增加机械加工劳动量，降低生产率，而且增加材料、工具和电力的消耗，增加成本。但若加工余量过小，又不能消除前工序的各种表面缺陷及加热污染层。因此合理地确定加工余量在实际生产中意义重大。
发明内容
为解决锻件余量难以确定的问题，本发明提供了一种锻件余量获取方法。
第一方面，本发明提供了一种锻件余量获取方法，包括以下步骤：
根据第一规则获取所述锻件加热污染层深度Q；
根据第二规则获取所述锻件缺陷深度D；
根据第三规则获取所述锻件形位公差矢量和ρ；
根据第四规则获取所述锻件机加工装夹误差
根据所述Q、D、ρ和按照第五规则获取所述锻件余量△Z。
在一些实施例中，所述第一规则包括，根据所述锻件加热时间和加热方式获取第一加热污染层深度；
当所述第一加热污染层深度小于污染层第一厚度时，所述加热污染层深度Q取所述第一加热污染层深度；当所述第一加热污染层深度大于或者等于所述污染层第一厚度时，所述加热污染层深度Q取所述污染层第一厚度。
在一些实施例中，所述第二规则包括，提供n个锻件，获取每个所述锻件表面的裂纹、折叠和凹陷的值，根据每个所述锻件表面的所述裂纹、折叠和凹陷值中最大的值形成第二表面缺陷数据集，根据正态分布密度函数表达式获取所述第二表面缺陷数据集的表面缺陷平均值和表面缺陷标准偏差，根据3倍所述表面缺陷标准偏差和所述表面缺陷平均值之和，得到所述缺陷深度D。
在一些实施例中，所述第三规则包括，提供n个锻件，根据第六规则获取每个所述锻件形状误差矢量根据第七规则获取每个所述锻件位置误差矢量/>根据每个所述锻件的所述形状误差矢量/>和位置误差矢量/>之和，得到每个所述锻件第一形位公差矢量和，所述n个锻件的所述第一形位公差矢量和形成形位公差数据集，根据正态分布密度函数表达式获取所述形位公差数据集的形位公差平均值和形位公差标准偏差，根据3倍所述形位公差标准偏差和所述形位公差平均值之和，得到所述形位公差矢量和ρ。
在一些实施例中，所述第六规则包括，获取所述锻件同轴度偏差和所述锻件圆柱度偏差，根据所述同轴度偏差和圆柱度偏差之和获取所述形状误差矢量
所述第七规则包括，获取所述锻件垂直度偏差，根据所述垂直度偏差获取所述锻件位置误差矢量
在一些实施例中，所述第四规则包括，获取所述锻件在机械加工时的定位误差和夹紧误差，根据所述定位误差与夹紧误差之和得到所述机加工装夹误差
在一些实施例中，所述第四规则还包括，获取所述锻件圆角，根据所述定位误差、夹紧误差和锻件圆角之和得到所述机加工装夹误差
在一些实施例中，所述第五规则包括，根据所述Q、D、ρ与之和，得到所述锻件余量△Z。
在一些实施例中，获取所述锻件余量还包括以下步骤：
根据锻件尺寸按照第八规则，将锻件分为第一区间的锻件和第二区间的锻件；
根据获取第一区间的锻件的第一规则、第二规则、第三规则和第四规则，获取第一区间锻件的锻件余量；
根据获取第二区间的锻件的第一规则、第二规则、第三规则和第四规则，获取第二区间锻件的锻件余量。
为解决锻件余量难以确定的问题，本发明有以下优点：
本发明提供一种锻件余量获取方法，包括获取锻件余量，获取锻件余量包括以下步骤：根据第一规则获取锻件加热污染层深度Q；根据第二规则获取锻件缺陷深度D；根据第三规则获取锻件形位公差矢量和ρ；根据第四规则获取锻件机加工装夹误差根据Q、D、ρ和按照第五规则获取锻件余量△Z。本发明以数据统计为基础，以计算法求余量为指导思路，分析了热轧环件余量的影响因素并提出了余量计算公式。通过对影响加工余量的各种因素的数据进行收集、分析，用空间矢量长度计算公式推导出余量计算公式，用公式计算可确定环件加工余量及公差。本发明提出的热轧环件余量计算公式并给出应用案例；经验证，用该方法设计的锻件余量合理，可以保证锻件表面冶金缺陷层及其它目视可见缺陷有效去除，产品不至于因余量过小报废，也不至于因余量过大造成金属材料的浪费。在锻件设计初期即考虑锻件的精益生产，减少锻件工艺开发后期的精益工作，可有效降低新产品开发成本与周期。
附图说明
图1示出了本申请所提供的一种锻件余量获取方法中锻件余量获取流程图；
图2示出了本申请所提供的一种锻件余量获取方法中锻件余量构成因素及公差组成；
图3示出了本申请所提供的一种锻件余量获取方法中锻件余量缺陷尺寸的正态分布的概率密度图。
具体实施方式
现在将参照若干示例性实施例来论述本公开的内容。应当理解，论述了这些实施例仅是为了使得本领域普通技术人员能够更好地理解且因此实现本公开的内容，而不是暗示对本公开的范围的任何限制。
如本文中所使用的，术语“包括”及其变体要被解读为意味着“包括但不限于”的开放式术语。术语“基于”要被解读为“至少部分地基于”。术语“一个实施例”和“一种实施例”要被解读为“至少一个实施例”。术语“另一个实施例”要被解读为“至少一个其他实施例”。
本实施例公开了一种锻件余量获取方法，如图1和图2所示，可以包括：
步骤S101，根据第一规则获取锻件加热污染层深度Q。
在本实施例中，如图2所示，污染层的深度及锻件加热时间有关，是未做加热防护的锻件在加工过程中必然会产生的缺陷，用Q表示。
可选的，第一规则包括，根据锻件加热时间和加热方式获取第一加热污染层深度。
当第一加热污染层深度小于污染层第一厚度时，加热污染层深度Q取第一加热污染层深度。当第一加热污染层深度大于或者等于污染层第一厚度时，加热污染层深度Q取污染层第一厚度。
其中，如图2所示，第一加热污染层深度为实际工作状态下的加热污染层深度。污染层第一厚度为污染层的极限厚度，即随着加热时间的变化，当加热时的污染层厚度达到极限厚度时，加热时的污染层厚度不再发生变化，此时该加热时的污染层厚度则为污染层第一厚度。第一加热污染层的深度受到所使用的材料、加热方式及加热时间的影响，因此，Q值需视具体情况而定。例如，钢加热会产生脱碳层、高温合金加热产生合金元素贫化层、钛合金加热产生α层，但如果坯料表明喷涂玻璃润滑剂，污染层厚度就会得到非常好的控制。但除非过烧，正常加热的污染层，到一定厚度不再增加。具体值可查相关资料确定，污染层厚度取该材料该加热模式下最大值。
步骤S102，根据第二规则获取锻件缺陷深度D。
可选的，第二规则包括，提供n个锻件，获取每个锻件表面的裂纹、折叠和凹陷的值，根据裂纹、折叠和凹陷的值形成第一表面缺陷数据集，统计第一表面缺陷数据集中表面缺陷单点值出现的频率，取出现频率最高的表面缺陷单点值作为缺陷深度D。
其中，如图2所示，锻件会产生如裂纹、折叠及凹陷等缺陷，但并非每件锻件都会产生这些缺陷。经分析面缺陷深度取在样本空间里出现频率最高的面缺陷为研究对象，用D表示。
可选的，第二规则包括，提供n个锻件，获取每个锻件表面的裂纹、折叠和凹陷的值，根据每个锻件表面的裂纹、折叠和凹陷值中最大的值形成第二表面缺陷数据集，根据正态分布密度函数表达式获取第二表面缺陷数据集的表面缺陷平均值和表面缺陷标准偏差，根据3倍表面缺陷标准偏差和表面缺陷平均值之和，得到缺陷深度D。
其中，如图3所示，面缺陷D值，代表裂纹、折叠、凹坑等，取每件产品缺陷最大值、样本空间不低于50个(过少分析结果与实际偏差大)，取平均值加3倍标准差确定，能覆盖99.7％的产品。
步骤S103，根据第三规则获取锻件形位公差矢量和ρ。
可选的，第三规则包括，提供n个锻件，根据第六规则获取每个锻件形状误差矢量根据第七规则获取每个锻件位置误差矢量/>根据每个锻件的形状误差矢量/>和位置误差矢量/>之和，得到每个锻件第一形位公差矢量和，n个锻件的第一形位公差矢量和形成形位公差数据集，根据正态分布密度函数表达式获取形位公差数据集的形位公差平均值和形位公差标准偏差，根据3倍形位公差标准偏差和形位公差平均值之和，得到形位公差矢量和ρ。
其中，如图3所示，受锻造过程坯料体积的波动、操作者及设备等因素影响，锻件实际尺寸与目标尺寸会产生偏离，同时伴随同轴度、圆柱度等偏差，锻件尺寸发生偏差后，其最小有效尺寸应在锻件公差范围内。锻件余量应保证在锻件尺寸处于下偏差时能去除锻件缺陷，形状误差矢量用表示。锻件的垂直度偏差应在机加后消除，一般由于该偏差方向并不与加工表面的垂直方向一致，故用向量/>表示。形位公差矢量和ρ值，测每件产品形位公差求矢量和、样本空间不低于50个(过少分析结果与实际偏差大)，取样本矢量和的平均值加3倍标准差确定，能覆盖99.7％的产品。
进一步的，第六规则包括，获取锻件同轴度偏差和锻件圆柱度偏差，根据同轴度偏差和圆柱度偏差之和获取形状误差矢量
第七规则包括，获取锻件垂直度偏差，根据垂直度偏差获取锻件位置误差矢量
其中，受锻造过程坯料体积的波动、操作者及设备等因素影响，锻件实际尺寸与目标尺寸会产生偏离，同时伴随同轴度、圆柱度等偏差，锻件尺寸发生偏差后，其最小有效尺寸应在锻件公差范围内。锻件余量应保证在锻件尺寸处于下偏差时能去除锻件缺陷，形状误差矢量用表示。锻件的垂直度偏差应在机加后消除，一般由于该偏差方向并不与加工表面的垂直方向一致，故用向量/>表示。
步骤S104，根据第四规则获取锻件机加工装夹误差
可选的，第四规则包括，获取锻件在机械加工时的定位误差和夹紧误差，根据定位误差与夹紧误差之和得到机加工装夹误差
其中，锻件机加时会发生定位误差与夹紧误差，它会影响刀具与加工表面的位置从而使余量不够，因此该项误差也应计入加工余量，用向量表示。锻件的形状误差矢量、位置误差矢量和机加机加工装夹误差等会导致锻件余量不够。因此，这些误差应计入加工余量中。
进一步的，第四规则还包括，获取锻件圆角，根据定位误差、夹紧误差和锻件圆角之和得到机加工装夹误差
其中，除以上因素外，锻件圆角也应计入锻件余量，保证在锻件发生圆角时机加后的锻件圆角部位有害金属层能有效去除。
步骤S105，根据Q、D、ρ和按照第五规则获取锻件余量△Z。
可选的，第五规则包括，根据Q、D、ρ与之和，得到锻件余量△Z。
其中，如图2所示，将零件取出一个剖面进行分析。在零件面上取一个点分析。在坯料加热过程中，除非坯料进行加热保护，坯料表层会产生加热污染层，例如，钢产品会产生脱碳层，高温合金产品会产生合金元素贫化层，钛合金产品会产生α层，污染层厚度与加热时间有关。影响锻件余量的因素则可视为不同方向的矢量将各矢量求和，矢量值加上污染层厚度即可为锻件最小余量，可以用下式计算：
其中：
△Z表示环件单面余量；
D表示环件缺陷层深度；
Q表示环件污染层深度；
ρ表示环件形位公差矢量和。
综上，加热污染层与环件的形位公差为矢量，对其求和，锻件单边加工余量应为：
其中：
△Z表示环件单面余量；
Q表示环件加热污染层；
D表示样本空间里出现频次最高的环件面缺陷深度，面缺陷如表面裂纹、折叠及凹陷等；
表示环件圆柱度、同轴度矢量和；
表示环件垂直度矢量；
表示对于环的粗加工，机加工装夹误差主要为装夹时的定位偏心，依据环件大小及椭圆变形程度的差异一般在0.3～0.5mm。
综上所述，本发明余量获取方法依据现场生产线生产产品，用统计分析的方法计算而来，与现场生产线的生产能力相适应，可保证锻件合格率在3倍标准差范围内，如图3所示。
合理的锻件余量获取方法，可以减少新产品试制时的废品损失。本发明基于空间向量求和算法，提供了一种全新的、基于数据统计的锻件余量获取方法。该算法是将锻件几何方向的尺寸偏差及产品的表面缺陷视作空间几何向量，上述向量的叠加产生环锻件的最小机加余量；上述向量值通过对生产线生产的产品进行测量、统计而得。因此，表示了生产线具备的生产能力。本发明方法与传统的余量获取方法相比，本发明方法的余量设计是以生产线生产出的产品数据为依据，所设计的锻件余量更符合生产所需。通过使用本发明方法可以避免新产品试制时余量过大或过小，有效减少新产品试制时的材料浪费或废品浪费。
本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本公开的具体案例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本公开的精神和范围。
Claims (8)
1.一种锻件余量获取方法，其特征在于，包括以下步骤：
根据第一规则获取所述锻件加热污染层深度Q；
根据第二规则获取所述锻件缺陷深度D；
根据第三规则获取所述锻件形位公差矢量和ρ；
根据第四规则获取所述锻件机加工装夹误差
根据所述Q、D、ρ和按照第五规则获取所述锻件余量△Z。
2.根据权利要求1所述的一种锻件余量获取方法，其特征在于，
所述第一规则包括，根据所述锻件加热时间和加热方式获取第一加热污染层深度；
当所述第一加热污染层深度小于污染层第一厚度时，所述加热污染层深度Q取所述第一加热污染层深度；当所述第一加热污染层深度大于或者等于所述污染层第一厚度时，所述加热污染层深度Q取所述污染层第一厚度。
3.根据权利要求1所述的一种锻件余量获取方法，其特征在于，
所述第二规则包括，提供n个锻件，获取每个所述锻件表面的裂纹、折叠和凹陷的值，根据每个所述锻件表面的所述裂纹、折叠和凹陷值中最大的值形成第二表面缺陷数据集，根据正态分布密度函数表达式获取所述第二表面缺陷数据集的表面缺陷平均值和表面缺陷标准偏差，根据3倍所述表面缺陷标准偏差和所述表面缺陷平均值之和，得到所述缺陷深度D。
4.根据权利要求1所述的一种锻件余量获取方法，其特征在于，
所述第三规则包括，提供n个锻件，根据第六规则获取每个所述锻件形状误差矢量根据第七规则获取每个所述锻件位置误差矢量/>根据每个所述锻件的所述形状误差矢量/>和位置误差矢量/>之和，得到每个所述锻件第一形位公差矢量和，所述n个锻件的所述第一形位公差矢量和形成形位公差数据集，根据正态分布密度函数表达式获取所述形位公差数据集的形位公差平均值和形位公差标准偏差，根据3倍所述形位公差标准偏差和所述形位公差平均值之和，得到所述形位公差矢量和ρ。
5.根据权利要求4所述的一种锻件余量获取方法，其特征在于，
所述第六规则包括，获取所述锻件同轴度偏差和所述锻件圆柱度偏差，根据所述同轴度偏差和圆柱度偏差之和获取所述形状误差矢量
所述第七规则包括，获取所述锻件垂直度偏差，根据所述垂直度偏差获取所述锻件位置误差矢量
6.根据权利要求1所述的一种锻件余量获取方法，其特征在于，
所述第四规则包括，获取所述锻件在机械加工时的定位误差和夹紧误差，根据所述定位误差与夹紧误差之和得到所述机加工装夹误差
7.根据权利要求6所述的一种锻件余量获取方法，其特征在于，
所述第四规则还包括，获取所述锻件圆角，根据所述定位误差、夹紧误差和锻件圆角之和得到所述机加工装夹误差
8.根据权利要求1所述的一种锻件余量获取方法，其特征在于，
所述第五规则包括，根据所述Q、D、ρ与之和，得到所述锻件余量△Z。
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