探討薄壁長(zhǎng)隔套零件加工工藝

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摘要:分析了薄壁長(zhǎng)隔套零件的加工難點(diǎn)，在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了薄壁長(zhǎng)隔套零件的加工工藝，并對(duì)加工中所使用的磨用夾具進(jìn)行了詳細(xì)介紹。應(yīng)用所設(shè)計(jì)的加工工藝，可以有效解決薄壁長(zhǎng)隔套零件難加工、易變形等問(wèn)題。

關(guān)鍵詞:薄壁；隔套；零件；加工

1加工背景

薄壁長(zhǎng)隔套零件普遍應(yīng)用在石油鉆采設(shè)備中，零件材料選用GCr15高碳鉻軸承鋼，零件外形及尺寸如圖1所示。由于零件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的原因，零件的剛性較差，在生產(chǎn)過(guò)程中零件內(nèi)孔和外圓很容易產(chǎn)生變形，零件的加工質(zhì)量要求很難保證?？梢?jiàn)，解決零件的加工變形問(wèn)題是完成零件加工的關(guān)鍵。

2加工難點(diǎn)

薄壁長(zhǎng)隔套零件壁厚最厚處僅有12mm，最薄處為10mm，零件長(zhǎng)650mm。內(nèi)孔直徑196mm和外圓直徑220mm均需進(jìn)行磨削加工，內(nèi)孔和外圓的同軸度要求為0．03mm。可見(jiàn)，保證零件的形位公差要求是零件的加工難點(diǎn)。由于薄壁長(zhǎng)隔套零件壁厚薄，總長(zhǎng)度較長(zhǎng)，導(dǎo)致零件剛性較差，磨削加工時(shí)沒(méi)有合適的夾持部位。同時(shí)，淬火后熱處理洛氏硬度(HRC)大于60，車削和磨削易產(chǎn)生變形，難以保證零件的尺寸精度和形位公差［1］。鑒于上述加工難點(diǎn)，在現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)過(guò)程中，必須合理安排工藝流程，設(shè)計(jì)工藝方案和工裝，改變傳統(tǒng)的裝夾方式，這樣才能達(dá)到零件的加工要求。

3工藝方案

通過(guò)對(duì)薄壁長(zhǎng)隔套零件加工難點(diǎn)進(jìn)行詳細(xì)分析，初步擬定加工方案。將零件毛坯粗車為筒料，車去毛坯大部分余量?？傞L(zhǎng)長(zhǎng)度增加25mm作為夾持部位，以減小因夾緊力的影響而產(chǎn)生的變形，且內(nèi)孔、外圓及總長(zhǎng)均留余量［2］。對(duì)粗車后的零件進(jìn)行時(shí)效處理，可以去除部分由于粗加工時(shí)的大余量切除而產(chǎn)生的切削應(yīng)力［3］。時(shí)效處理后再進(jìn)行零件的精車工序。內(nèi)孔和外圓的磨削分為粗磨、精磨，在內(nèi)孔和外圓的粗磨、精磨之間分別安排自然時(shí)效處理，盡可能去除零件內(nèi)部由于切削加工而產(chǎn)生的切削應(yīng)力［4］。具體工藝方案如下:零件毛坯總長(zhǎng)增加25mm的夾持部位;粗車時(shí)車為筒料，并車兩端面;進(jìn)行時(shí)效處理;精車，車床四爪卡盤夾持，先車平一個(gè)端面，并在該端面上用尖刀輕車一環(huán)形標(biāo)記，作為磨削基準(zhǔn)面，然后分別車內(nèi)孔和外圓，留1．2mm余量，總長(zhǎng)留0．8mm余量;淬火和回火處理;以環(huán)形標(biāo)記面為基準(zhǔn)，先磨一端面約0．4mm，再掉頭磨標(biāo)記端面至總長(zhǎng)尺寸;以內(nèi)孔和已磨削端面找正，進(jìn)行內(nèi)孔粗磨，留0．3mm余量;自然時(shí)效處理;以已磨內(nèi)孔和端面找正，精磨零件內(nèi)孔;以精磨內(nèi)孔為基準(zhǔn)，裝夾磨用夾具，進(jìn)行外圓粗磨，留0．3mm余量;去除磨用夾具，進(jìn)行時(shí)效處理;重新裝夾磨用夾具，精磨零件外圓;結(jié)束。

4磨用夾具

磨用夾具如圖2所示。夾具在零件左右兩側(cè)設(shè)置撥盤座和頂盤座，撥盤座和頂盤座外圓上通過(guò)螺紋連接調(diào)節(jié)圓螺母，撥盤座的右端面和頂盤座的左端面連接在外表面為錐面的過(guò)渡錐帽上。過(guò)渡錐帽的錐面上套有相配合的彈性錐套，兩個(gè)彈性錐套的外圓表面套接在薄壁長(zhǎng)隔套零件內(nèi)圓面上［5］。夾具中撥盤座上定位止口是按照薄壁長(zhǎng)隔套零件的實(shí)測(cè)內(nèi)孔尺寸加工的，為外圓磨削提供較高的定位基準(zhǔn)［6］。另外，彈性錐套上還開(kāi)有三處切槽，可以提供適當(dāng)?shù)膹椥宰冃瘟浚鐖D3所示。切槽為薄壁長(zhǎng)隔套零件提供均勻的支撐力，保證在夾緊狀態(tài)下零件與夾具吻合，提高零件加工時(shí)的剛性，并增大與被夾持零件的接觸面積，有效保證零件加工的尺寸和同軸度［7－9］。彈性錐套上定位止口在粗加工時(shí)先不加工，待薄壁長(zhǎng)隔套零件內(nèi)孔磨削成形后，按照實(shí)際測(cè)量的零件內(nèi)孔尺寸進(jìn)行加工。加工時(shí)，先將撥盤座和頂盤座分別與相應(yīng)規(guī)格的過(guò)渡錐帽通過(guò)定位止口組裝，用螺栓連接。然后將彈性錐套套接在過(guò)渡錐帽上，將調(diào)節(jié)圓螺母分別安裝在撥盤座和頂盤座上，使調(diào)節(jié)圓螺母一端面接觸彈性錐套靠近撥盤座或頂盤座的一端面。調(diào)節(jié)圓螺母旋合，擠壓彈性錐套，彈性錐套沿過(guò)渡錐帽的外錐面移動(dòng)。當(dāng)三處切槽產(chǎn)生變形時(shí)，停止旋合調(diào)節(jié)圓螺母。此時(shí)，按照實(shí)際測(cè)量的零件內(nèi)孔尺寸加工相配合的彈性錐套定位止口段，同時(shí)保證定位止口與定位面的垂直度［10］。磨用夾具的撥盤座和過(guò)渡錐帽設(shè)計(jì)為分體式結(jié)構(gòu)，通過(guò)定位止口配合，保證零件整體加工的尺寸和形位公差精度。零件兩端采用彈性錐套定位，通過(guò)彈性錐套較長(zhǎng)的定位面，為薄壁長(zhǎng)隔套零件提供剛性支撐，減小變形［11］。通過(guò)彈性錐套三處切槽，提供均勻的彈性撐力，提高零件的整體剛性。磨用夾具還能通過(guò)更換模塊化部件，滿足不同規(guī)格薄壁類長(zhǎng)隔套零件的批量加工需求。撥盤座和過(guò)渡錐帽通過(guò)定位面、定位止口配合，用螺栓連接，既滿足精益設(shè)計(jì)、模塊化設(shè)計(jì)的要求，又便于組裝、調(diào)試和拆卸，能夠提高生產(chǎn)效率。

5結(jié)束語(yǔ)

采用磨用夾具進(jìn)行薄壁長(zhǎng)隔套零件的磨削加工后，有效保證了產(chǎn)品的精度要求。磨用夾具的加工制造成本低，而且使用方便快捷，降低了生產(chǎn)成本，在批量化生產(chǎn)中的作用尤為突出，有效保證了薄壁長(zhǎng)隔套零件的尺寸精度和形位公差，減小了磨削過(guò)程中產(chǎn)生的變形。通過(guò)更換模塊化部件，能夠滿足不同規(guī)格類型薄壁長(zhǎng)隔套零件的磨削加工要求，提高了產(chǎn)品質(zhì)量和加工效率，為薄壁長(zhǎng)隔套零件的加工提供了一種新思路、新方法。

作者：周曉軍 雷振軍 楊琨 單位：寶雞石油機(jī)械有限責(zé)任公司