薄壁長(zhǎng)隔套零件的加工工藝

□ 周曉軍 □雷振軍 □楊 琨

寶雞石油機(jī)械有限責(zé)任公司 陜西寶雞 721002

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。可見(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12 mm,最薄處為10 mm,零件長(zhǎng)650 mm。內(nèi)孔直徑196 mm和外圓直徑220 mm均需進(jìn)行磨削加工,內(nèi)孔和外圓的同軸度要求為0.03 mm。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(chē)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(chē)為筒料,車(chē)去毛坯大部分余量。總長(zhǎng)長(zhǎng)度增加25 mm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(chē)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(chē)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]。

▲圖1 薄壁長(zhǎng)隔套零件外形與尺寸

具體工藝方案如下:零件毛坯總長(zhǎng)增加25 mm的夾持部位；粗車(chē)時(shí)車(chē)為筒料,并車(chē)兩端面；進(jìn)行時(shí)效處理；精車(chē),車(chē)床四爪卡盤(pán)夾持,先車(chē)平一個(gè)端面,并在該端面上用尖刀輕車(chē)一環(huán)形標(biāo)記,作為磨削基準(zhǔn)面,然后分別車(chē)內(nèi)孔和外圓,留1.2 mm余量,總長(zhǎng)留0.8 mm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0.4 mm,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0.3 mm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0.3 mm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(pán)座和頂盤(pán)座,撥盤(pán)座和頂盤(pán)座外圓上通過(guò)螺紋連接調(diào)節(jié)圓螺母,撥盤(pán)座的右端面和頂盤(pán)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(pán)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?如圖3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]。

▲圖2 磨用夾具

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(pán)座和頂盤(pán)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(pán)座和頂盤(pán)座上,使調(diào)節(jié)圓螺母一端面接觸彈性錐套靠近撥盤(pán)座或頂盤(pán)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]。

▲圖3 彈性錐套切槽

磨用夾具的撥盤(pán)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(lèi)長(zhǎng)隔套零件的批量加工需求。撥盤(pán)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(lèi)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。