一種無底球冠形零件制造方法
【專利摘要】一種無底球冠形零件制造方法，打破目前固有的單件下料模式，采用套切加工方案，即一個坯料上切兩件產品，極大提高材料利用率，使原材料的利用率由原來的1.6%提高至3%以上。同時保證了產品質量，加工出了滿足設計要求的產品。經測算，單套產品節約原材料約45％，即節約原材料成本費達20多萬元。同時，本發明采取的兩頭斜角切斷的方案，解決了較大直徑坯料的斜角切斷難題。
【專利說明】一種無底球冠形零件制造方法
【技術領域】:
[0001]本發明涉及一種高精度大直徑無底球冠薄壁回轉體零件機械制造工藝。
【背景技術】
[0002]高精度大直徑無底球冠回轉體薄壁金屬零件是大型固體火箭發動機的重要構件，每臺用量9件，原材料一般采用自由鍛件、模鍛件或旋壓單件成形，由于該類零件薄壁無底，需增加工藝法蘭臺用于裝夾，原材料尺寸大，材料利用率很低。傳統工藝方法之一采用自由鍛件單件成形加工，毛坯成形方法簡單但材料利用率僅約為1.6%，加工成本高。傳統工藝方法之二采用模鍛件加工，材料利用率可達3 %?4%，但毛坯成形方法復雜，需要萬噸級壓力機，且模具費用很高，導致產品綜合加工成本高，加工周期長、材料利用率低。傳統工藝方法之三采用旋壓毛坯加工，需要40噸以上旋壓機，且旋壓模胎費用高，由于較大的旋壓應力，產品質量不穩定。
【發明內容】
[0003]為克服現有技術中存在的產品質量不穩定的不足，本發明提出了一種無底球冠形零件制造方法。
[0004]本發明的具體過程是:
[0005]步驟1，鑄造無底球冠形零件毛坯。采用常規的鑄造方法得到能夠加工兩件無底球冠形零件的毛坯。所述無底球冠形零件毛坯的高度比單件加工所需無底球冠形零件毛坯的高度大5?ICtam。
[0006]步驟2，粗車。通過粗車對毛坯的外輪廓和內孔去大量。去大量時，根據擬套切的兩個無底球冠形零件的外形，在所述第一個無底球冠形零件的外下表面與第二個無底球冠形零件的內上表面之間為切割線；所述切割線的角度α為42。?45°。在所述切割線處預留5?12 mm的加工余量h。
[0007]步驟3，套切。將粗車后能夠加工兩件無底球冠形零件毛坯的第一件無底球冠形零件一端裝夾在臥式車床的卡盤上切斷成兩件。切斷時，沿所述預留的加工余量h處以α斜角進行切斷。切斷過程分為兩步:套切時所使用的刀具是對現有技術中刀具的刀桿進行改進后得到的。改進后的刀具刀桿的工作長度為70mm。
[0008]第一步，從第二件無底球冠形零件內表面下端開始，沿加工余量h處α角以42°?45°斜向向該無底球冠形零件上端走刀。其中切刀寬度為3?5mm、車床轉速為15?18r/min、刀具進給量為0.15?0.2腿/r,走刀距離為25?28謹。
[0009]第二步，翻轉毛坯180度，將毛坯的第二件無底球冠形零件一端裝夾在車床卡盤上，對所述毛坯進行切斷。切斷時，從第二件無底球冠形零件毛坯內上端開始，沿預留的加工余量h處，繼續以42°?45°斜向向第二件底球冠形零件內表面下端走刀，并使第二步的切口與第一步的切口連接，使兩個無底球冠形零件的坯料斷開，得到一件等內徑的無底球冠形零件半成品和一件等外徑的無底球冠形零件半成品。其中，所述等內徑的無底球冠形零件半成品的小外徑端為預留的工藝夾頭；所述等外徑的無底球冠形零件半成品的小內徑端為預留的工藝夾頭。
[0010]步驟4，單件粗車。分別按設計圖對兩件無底球冠形零件的半成品進行粗車加工。粗車加工后，兩件無底球冠形零件半成品單邊留量為3 mm，形成無底球冠形零件半成品。在所述兩件無底球冠形零件半成品的預留的工藝夾頭處，利用預留的加工余量在各無底球冠形零件半成品的內表面加工出裝夾用臺階狀壓臺。
[0011]步驟5，淬、回火處理。對得到的兩件無底球冠形零件半成品采用常規的熱處理方式進行淬、回火處理。其中，淬火溫度為900°C、保溫50?70min ;回火溫度為520°C、保溫70 ?IOOmin0
[0012]步驟6，半精加工。采用內壓式壓板將得到的經過熱處理的兩件無底球冠形零件半成品裝夾在車床卡盤上，分別逐一進行半精加工。半精加工時，兩件無底球冠形零件單邊留量均為2 mm。
[0013]步驟7，第一次人工時效處理。對經過半精加工的兩件無底球冠形零件半成品采用常規方式進行第一次人工時效處理。第一次人工時效處理的溫度為280°C、保溫480?540mino
[0014]步驟8，第二次半精加工。采用內壓式壓板將得到的經過熱處理的兩件無底球冠形零件半成品分別裝夾在車床卡盤上，逐一進行第二次半精加工。第二次半精加工后，兩件無底球冠形零件單邊留量為I mm。
[0015]步驟9，第二次人工時效處理。對經過半第二次精加工的兩件無底球冠形零件半成品采用常規方式進行第二次人工時效處理。第二次人工時效溫度為180°C、保溫480?540mino
[0016]步驟10，最終精加工。采用內壓式壓板將得到的經過熱處理的兩件無底球冠形零件半成品分別裝夾在車床卡盤上，逐一進行精加工至設計尺寸。分別切斷所述兩件無底球冠形零件的臺階狀壓臺，得到兩件無底球冠形零件成品。
[0017]本發明打破目前固有的單件下料模式，采用套切加工方案，即一個坯料上切兩件產品，極大提高材料利用率，使原材料的利用率由原來的1.6%提高至3%以上。同時保證了產品質量，加工出了滿足設計要求的產品。經測算，若將本發明用于某型號中無底球冠形零件的制造，單套產品節約原材料約45%，即節約原材料成本費達20多萬元。同時，本發明采取的兩頭斜角切斷的方案，解決了較大直徑坯料的斜角切斷難題。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0018]圖1是廣品不意圖；
[0019]圖2是發明前后所用方法示意圖；
[0020]圖3是套切示意圖；
[0021]圖4套切過程示意圖；
[0022]圖5是現有技術中內外臺加工過程裝夾示意圖；
[0023]圖6是本發明內外臺加工過程裝夾示意圖；
[0024]圖7是本發明的流程圖。圖中:
[0025]1.毛坯；2.第一個無底球冠形零件；3.壓臺；4.切割線；5.第二個無底球冠形零件；7.刀具；8.壓板。
【具體實施方式】
[0026]本實施例是一種無底薄壁球冠形零件制造方法。所加工零件的材料為30CrMnSiA高強度鋼，淬、回火后硬度達到HRC33?38。無底球冠形零件小端的內徑為467?480mm，大端的外徑為549?560mm ;無底球冠形零件的高度57mm,壁厚為2.3mm ;無底球冠形零件內型的球面半徑為316mm。
[0027]本實施例的具體加工步驟為:
[0028]步驟1，選定無底球冠形零件的毛坯。根據設計的加工無底球冠形零件，選用外圓直徑為Φ580πιπι，內孔直徑為Φ 360 mm，高度為170mm鍛件作為毛坯I。在所述毛坯上套切兩個無底球冠形零件。對選用的鍛件經超聲波探傷檢驗。
[0029]步驟2，粗車，去大量。對毛坯的外輪廓和內孔去大量。去大量時，根據擬套切的兩個無底球冠形零件的外形，在所述第一個無底球冠形零件2的外下表面與第二個無底球冠形零件6的內上表面之間為切割線4 ;所述切割線4的角度α為42°?45°。在所述切割線處預留5?12 mm的加工余量h。本實施例中，切割線4處預留8 mm的加工余量h。
[0030]步驟3，套切。將毛坯的第一個無底球冠形零件一端裝夾在臥式車床的卡盤上，將毛坯切斷成兩件。切斷時，沿所述預留的加工余量h處以42°?45°斜角進行切斷。切斷過程分為兩步:
[0031]第一步，刀具7從第二個無底球冠形零件內表面下端開始，沿加工余量h處以42°?45°斜向向該無底球冠形零件上端走刀。其中:車床轉速為15?18r/min、刀刃寬度為3?5 mm、刀具的進給量為0.15?0.2 mm/r，走刀距離為25?28mm。本實施例中，車床轉速為16r/min、切刀寬度為4 mm、刀具的進給量為0.17 mm /r，走刀距離為26mm
[0032]第二步，翻轉毛坯180度，將毛坯的第二件無底球冠形零件一端裝夾在車床卡盤上，對所述毛坯進行切斷。切斷時，從第二件無底球冠形零件毛坯內上端開始，沿加工余量h處，繼續以42°?45°斜向向第二件底球冠形零件內表面下端走刀，并使第二步的切口與第一步的切口連接，使兩個無底球冠形零件的坯料斷開，得到一件等內徑的無底球冠形零件半成品和一件等外徑的無底球冠形零件半成品。其中，所述等內徑的無底球冠形零件半成品的小外徑端為預留的工藝夾頭；所述等外徑的無底球冠形零件半成品的小內徑端為預留的工藝夾頭。本實施例中，切斷時走刀角度為43°。
[0033]至此，得到兩預留工藝夾頭無底球冠形零件坯料。
[0034]套切時所使用的刀具是對現有技術中刀具的刀桿進行改進后得到的。改進后的刀具刀桿的工作長度為70mm。
[0035]步驟4，單件粗車。按設計圖，分別對兩件無底球冠形零件的半成品進行粗車加工。加工中，在所述兩件無底球冠形零件半成品的預留的工藝夾頭處，利用預留的加工余量在各無底球冠形零件半成品的內表面加工出裝夾用臺階狀壓臺3。粗車加工時，兩件無底球冠形零件單邊留量為3 mm，形成壁厚為8.3mm的無底球冠形零件半成品。
[0036]在裝夾無底球冠形零件坯料時，采用內壓式夾具將所述無底球冠形零件坯料固定在車床卡盤上，以實現對無底球冠形零件殼體內表面和外表面的加工。所述的內壓式夾具是對現有的夾具進行改進后得到。改進后的夾具中的壓板斜面端端頭處的高度為4mm，壓板斜面的角度為70°。
[0037]步驟5，淬、回火處理。對得到的兩件無底球冠形零件半成品采用常規的熱處理方式進行淬、回火處理。其中，淬火溫度為900°C、保溫50?70min ;回火溫度為520°C、保溫70?lOOmin。本實施例中，淬火保溫60min,回火保溫80min。
[0038]步驟6，半精加工。采用內壓式壓板分別將得到的經過熱處理的兩件無底球冠形零件半成品裝夾在車床卡盤上，逐一進行半精加工。半精加工時，兩件無底球冠形零件單邊留量均為2 mm,車加工至壁厚為6.3mm。。
[0039]所述內壓式壓板是對現有的壓板進行局部改進后得到。改進后，壓板斜面端端頭處的高度為4_，壓板斜面的角度為70°。
[0040]步驟7，第一次人工時效處理。對經過半精加工的兩件無底球冠形零件半成品采用常規方式進行第一次人工時效處理。第一次人工時效處理的溫度為280°C、保溫480?540min。本實施例中，第一次人工時效處理保溫510min。
[0041]步驟8，第二次半精加工。采用內壓式壓板將得到的經過熱處理的兩件無底球冠形零件半成品分別裝夾在車床卡盤上，逐一進行第二次半精加工。第二次半精加工后，兩件無底球冠形零件單邊留量為I mm，車加工至壁厚為4.3mm。
[0042]步驟9，第二次人工時效處理。對經過半精加工的兩件無底球冠形零件半成品采用常規方式進行第二次人工時效處理。第二次人工時效溫度為180°C、保溫480?540min。本實施例中，第二次人工時效處理保溫510min。
[0043]步驟10，最終精加工。采用內壓式壓板將得到的經過熱處理的兩件無底球冠形零件半成品分別裝夾在車床卡盤上，逐一進行精加工至設計尺寸。分別切斷所述兩件無底球冠形零件的臺階狀壓臺，得到兩件無底球冠形零件成品。
[0044]經檢驗，本實施例得到的兩件無底球冠形零件成品均滿足設計要求。
【權利要求】
1.一種無底球冠形零件制造方法，其特征在于，具體過程是: 步驟1，鑄造無底球冠形零件毛坯；采用常規的鑄造方法得到能夠加工兩件無底球冠形零件的毛坯；所述無底球冠形零件毛坯的高度比單件加工所需無底球冠形零件毛坯的高度大5~10mm ； 步驟2，粗車；對毛坯的外輪廓和內孔通過粗車去大量；去大量時，根據擬套切的兩個無底球冠形零件的外形，在所述第一個無底球冠形零件的外下表面與第二個無底球冠形零件的內上表面之間為切割線；所述切割線的角度α為42。~45° ;在所述切割線處預留5~12 mm的加工余量h ； 步驟3，套切；將粗車后能夠加工兩件無底球冠形零件毛坯的第一件無底球冠形零件一端裝夾在臥式車床的卡盤上切斷成兩件；切斷時，沿所述預留的加工余量h處以α斜角進行切斷；切斷過程分為兩步: 第一步，從第二件無底球冠形零件內表面下端開始，沿加工余量h處α角以42°~45°斜向向該無底球冠形零件上端走刀；其中切刀寬度為3~5 mm、車床轉速為15~18r/min、切斷刀進給量為0.15~0.2 mm /r,走刀距離為25~28mm ； 第二步，翻轉毛坯180度，將毛坯的第二件無底球冠形零件一端裝夾在車床卡盤上，對所述毛坯進行切斷；切斷時，從第二件無底球冠形零件毛坯內上端開始，沿預留的加工余量h處，繼續以42°~45°斜向向第二件底球冠形零件內表面下端走刀，并使第二步的切口與第一步的切口連接，使兩個無底球冠形零件的坯料斷開，得到一件等內徑的無底球冠形零件半成品和一件等外徑的無底球冠形零件半成品；其中，所述等內徑的無底球冠形零件半成品的小外徑端為預留的工藝夾頭；所述等外徑的無底球冠形零件半成品的小內徑端為預留的工藝夾頭； 步驟4，單件粗車；分別按設計圖對兩件無底球冠形零件的半成品進行粗車加工；粗車加工后，兩件無底球冠形零件半成品單邊留量為3 mm，形成無底球冠形零件半成品； 步驟5，淬、回火處理；對得到的兩件無底球冠形零件半成品采用常規的熱處理方式進行淬、回火處理；其中，淬火溫度為900°C、保溫50~70min ;回火溫度為520°C、保溫70~IOOmin ； 步驟6，第一次半精加工；采用內壓式壓板將得到的經過熱處理的兩件無底球冠形零件半成品裝夾在車床卡盤上，分別逐一進行半精加工；半精加工時，兩件無底球冠形零件單邊留量均為2 mm ； 步驟7，第一次人工時效處理；對經過半精加工的兩件無底球冠形零件半成品采用常規方式進行第一次人工時效處理；第一次人工時效處理的溫度為280°C、保溫480~540min ； 步驟8，第二次半精加工；采用內壓式壓板將得到的經過熱處理的兩件無底球冠形零件半成品分別裝夾在車床卡盤上，逐一進行第二次半精加工；第二次半精加工后，兩件無底球冠形零件單邊留量為I mm ； 步驟9，第二次人工時效處理；對經過半第二次精加工的兩件無底球冠形零件半成品采用常規方式進行第二次人工時效處理；第二次人工時效溫度為180°C、保溫480~540min ； 步驟10，最終精加工；采用內壓式壓板將得到的經過熱處理的兩件無底球冠形零件半成品分別裝夾在車床卡盤上，逐一進行精加工至設計尺寸；分別切斷所述兩件無底球冠形零件的臺階狀壓臺，得到兩件無底球冠形零件成品。
2.如權利要求1所述無底球冠形零件制造方法，其特征在于，套切時所使用的刀具是對現有技術中刀具的刀桿進行改進后得到的；改進后的刀具刀桿的工作長度為70mm。
3.如權利要求1所述無底球冠形零件制造方法，其特征在于，步驟4所述單件粗車中，在所述兩件無底球冠形零件半成品的預留的工藝夾頭處，利用預留的加工余量在各無底球冠形零件半成品的內表面加工出裝夾用臺階狀壓臺。
4.如權利要求1所述無底球冠形零件制造方法，其特征在于，所述內壓式壓板是對現有的壓板進行局部改進后得到；改進后，壓板斜面端端頭處的高度為4mm，壓板斜面的角度為 70°。
【文檔編號】B23P15/00GK103707010SQ201310676826
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2013年12月12日 優先權日:2013年12月12日
【發明者】田珍珠, 陳文會, 張立武, 曲中興, 龐勇, 李長洪, 韓冬, 陳剛, 劉琦, 魏亞強, 牛警惕, 張廣成, 高小寧, 吳大榮, 岳彩榮, 陳遠東, 閆學荔, 任長潔, 劉如媛, 鄧高峰 申請人:西安航天動力機械廠