大型薄壁筒形件的加工

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山东工业技术
2021年01月22日 01:41

薄壁长锥筒加工工艺

欧阳玉芹

摘 要:通过分析大型薄壁筒形件的结构特点及加工难点,从基准选择、变形控制、刀具选择、工装配备等方面进行综合考虑,制定了切实可行的工艺方案,采用普通设备,加工出了高质量的工件,保证了零件加工精度要求。

关键词:薄壁;变形;精度

DOI:10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.22.029

1 概述

薄壁筒形件已广泛应用于工程机械行业中,它具有重量轻、结构紧凑、节约材料等特点。但薄壁筒形件因壁比较薄,刚性差、强度弱,在夹紧力及切削力的作用下容易产生变形和振动,零件尺寸精度难以控制,表面粗糙度不易保证,加工工艺性较差,薄壁筒形件加工中控制变形成为关键技术。大型薄壁筒形件应用并不是很广泛,但它是产品中的核心零部件,其结构更复杂,加工精度要求更高,怎样保证尺寸、精度要求尤为重要,下文就某种大型薄壁筒形件的加工进行详细分析。

该大型薄壁筒形件是某产品回转支承中的关键零部件,它的主要作用是支撑机械旋转体,降低其运动过程中的摩擦系数,并保证其回转精度[1]。该零件外形尺寸大、质量重、中间一段为薄壁,其精度要求高,加工难度大。车间只有普通车床和普通钻床,要完成该大型薄壁筒形件的加工,相当困难。因此必须综合分析零件结构及精度要求,制定可行的工艺方案,才能加工出符合图样要求的零件。

2 零件的结构分析

2.1 零件的结构

如图所示:

2.2 零件的结构特点

(1)结构形式由多个零件焊接而成,两端法兰由薄壁管状的筒形件连接,薄壁筒形件刚性较差;(2)零件外形尺寸长、外径大、质量重,零件净重为530Kg,且质量分布不均匀,两端重,中部轻;(3)两端法兰处轴承安装孔位置相距较远,两孔相距808mm,且同轴度要求高,同轴度为Φ0.04;(4)两端法兰上分布有多组孔系,总共79个孔。

2.3 零件的精度要求

2.3.1 尺寸精度要求高

(1)大法兰端内径尺寸为Φ、外径尺寸为Φ655,表面粗糙度为;

(2)小法兰端内、外径尺寸分别为Φ405、Φ533,表面粗糙度分别为、;

(3)两端法兰内端面距离为703±0.2;

(4)两端法兰外端面距离为634±0.05;

(5)大法兰端外止口尺寸为Φ625。

2.3.2 位置精度要求高

(1)大法兰端两处外止口对轴承安装内止口同轴度均为0.05;

(2)小法兰端轴承安装内止口对大端法兰内止口同轴度为0.04;

(3)大法兰内端面对大法兰外端面平行度为0.25;

(4)小法兰内端面对大法兰外端面平行度为0.12;

(5)每组孔中心对零件中心位置度为0.2。

2.3.3 形状精度要求高

(1)大法兰端内、外止口圆柱度均为0.029;

(2)小法蘭端内止口圆柱度为0.018。

3 零件的加工工艺性分析

通过分析零件结构特点和加工精度要求,零件加工主要存在以下难点:

(1)质量重且分布不均衡、外形大、刚性差、中部及轴承安装孔处壁较薄,装夹难度大,在装夹和车削过程中很容易产生变形,零件的形位误差增大,其加工质量难以保证;(2)有同轴度要求的两端法兰孔距长,车削内孔时的刀杆细而长,刚性差、强度低,容易产生振动和让刀现象,而且也容易产生锥度误差[2]。零件的粗糙度和精度受到影响,工件尺寸公差及形位公差不易保证。由于测量器具活动空间受限制,操作调整很不方便,深孔测量非常困难;(3)在切削力作用下,容易产生振动和变形,零件的尺寸、形状、位置精度和表面粗糙度难以保证,普通车床加工困难;(4)孔系多,其相对位置及形位公差要求高,普通钻床不易保证。

4 零件的工艺方案制定

针对该零件特点及工艺加工难点,结合现有生产、设备的加工能力,目前只有CQ61100普通车床和普通钻床,经过系统全面分析,制定了详细的工艺方案:

(1)根据零件结构特点,为提高加工精度和切削效率,车加工时选择以外圆为基准;(2)零件焊接后易产生焊接内应力,为保证零件的加工精度和尺寸稳定性,减少其在装夹和加工过程中的变形,需消除焊接残余应力,焊接后先对零件进行回炉去应力,再进行机械加工;(3)车加工是零件加工难度最大、最复杂的工序,针对该零件外形大、质量重、刚性差、精度高的特点,在装夹和车削加工时容易产生变形,采用先粗车后精车加工工艺顺序。装夹时,采取四爪卡盘与压板共同夹压,四爪卡盘夹持力应适当,且四块压板的压紧力应均匀、一致[2]。精车时为避免损伤已加工好的外表面,夹外圆时需垫厚铜皮。由于零件质量重且悬臂长,在切削力作用下防止工件产生振动和变形,采用中心架来支承零件悬臂端的法兰外圆,这样保证零件加工时的刚度;(4)为了保证零件大小端法兰内两处轴承孔的尺寸公差、形位公差及表面粗糙度的要求,在装夹方式不变的条件下,采取大长镗杆一次镗出两孔。同时考虑到小端法兰内止口Φ405孔太深,不方便测量的因素,将大法兰端的Φ425内孔作为对刀孔,先预镗至Φ405,再以此孔对刀精镗出小法兰端的Φ405孔;(5)零件孔系很多,位置度要求均较高,如果按划线的方法来加工,容易产生人为误差,精度不能保证。需设计多副钻模加工多组孔系,这样不仅能提高生产效率还能有效的保证和满足图纸要求。

5 零件工艺装备配备

通过对零件结构特点及加工工艺性分析,由于零件质量重、壁较薄且刚性差,用常规方法装夹及车削加工,将会受到轴向切削力和热变形影响[3],图样要求无法保证。根据车间设备的实际情况,结合现有辅具,设计配备了多套适合该零件加工的工艺装备:endprint

(1)普通车床只有一个能支撑Φ420外圆的固定式中心架,根据工艺方案要求,需制作一个能支撑Φ465、Φ655外圆的超大超重型中心架,特设计配备了一个适用于Φ440~Φ690外圆的滚动式中心架;(2)大小端法兰上轴承孔位置相距较远,为保证两孔同轴度要求,特设计了长1400、直径Φ110的加大加长型镗刀杆;(3)为满足各孔系位置精度要求,特设计了四副大型钻模。

6 零件加工工艺过程

通过对零件结构特点、加工工艺性分析,按照工艺方案编制了加工工艺卡和车加工的关键工序过程卡,其加工工艺过程如下:

(1)热处理:回火去应力。

(2)粗车:①夹左端外圆、校正,车右端面。尾端上顶板,粗车Φ465、Φ533、Φ910外圆。拆除顶板,搭中心架,粗车Φ305内孔及Φ400内止口。②调头夹、压,校正Φ533、Φ910外圆,跳动≤0.20,车端面。上顶板,粗车Φ655外圆。拆除顶板,搭中心架,粗车Φ内止口。上专用镗杆,粗镗Φ425、Φ405内孔。

(3)精车:①精车左端平面。上顶板,精车Φ655、Φ910外圆。拆除顶板,搭中心架,以Φ425内孔处为试刀、测量位置,镗准Φ305、Φ405内孔,车准Φ425内孔及Φ605内止口。②调头夹Φ655外圆(夹处内孔需装专用垫板,外圆需垫厚铜皮),校Φ305内孔、Φ910外圆,跳动≤0.05,精車端面、Φ400内止口。上顶板,车准Φ625外止口及Φ533、Φ465外圆。

(4)划线:划全件十字中心线及外扁方、凹弧台加工线。

(5)镗:镗准大端法兰外圆上扁方及两处凹弧台。

(6)钻孔:上钻模,钻模对线槽对准十字中心线分别钻准各孔。

(7)油漆:非结合表面涂底漆和面漆。

7 结语

通过对大型薄壁筒形件加工特点、精度要求的详细分析,结合生产实际情况,从工件结构特点、加工难点、工艺方案、装夹方式、刀具选择、工装配备等方面进行了综合考虑,采取了周密的工艺措施,制定了符合生产实际的工艺方案,解决了生产过程中出现的问题,避免了大型薄壁筒形件加工过程中容易产生的变形现象。经过试制、检验,加工出的零件全部符合图样要求,保证了产品质量,提高了加工效率,为后续大型薄壁筒形件加工提供了依据和借鉴。

参考文献:

[1]王先逵.机械加工工艺手册(第二版)[G].机械工业出版社,2014.

[2]陈日曜.金属切削原理[M].2版.机械工业出版社,2005.

[3]程景苑.现代实用机械制造新工艺、新技术与新标准[M].当代中国出版社,2004.endprint

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