薄壁長隔套零件的加工工藝

□ 周曉軍 □雷振軍 □楊 琨

寶雞石油機械有限責任公司 陜西寶雞 721002

1 加工背景

薄壁長隔套零件普遍應(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)特點的原因，零件的剛性較差,在生產(chǎn)過程中零件內(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?解決零件的加工變形問題是完成零件加工的關(guān)鍵。

2 加工難點

薄壁長隔套零件壁厚最厚處僅有12 mm,最薄處為10 mm,零件長650 mm。內(nèi)孔直徑196 mm和外圓直徑220 mm均需進行磨削加工,內(nèi)孔和外圓的同軸度要求為0.03 mm?？梢?，保證零件的形位公差要求是零件的加工難點。由于薄壁長隔套零件壁厚薄,總長度較長,導(dǎo)致零件剛性較差，磨削加工時沒有合適的夾持部位。同時，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,在現(xiàn)場生產(chǎn)過程中,必須合理安排工藝流程，設(shè)計工藝方案和工裝，改變傳統(tǒng)的裝夾方式,這樣才能達到零件的加工要求。

3 工藝方案

通過對薄壁長隔套零件加工難點進行詳細分析,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。總長長度增加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、外圓及總長均留余量[2]。對粗車后的零件進行時效處理,可以去除部分由于粗加工時的大余量切除而產(chǎn)生的切削應(yīng)力[3]。時效處理后再進行零件的精車工序。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 薄壁長隔套零件外形與尺寸

具體工藝方案如下:零件毛坯總長增加25 mm的夾持部位；粗車時車為筒料,并車兩端面；進行時效處理；精車,車床四爪卡盤夾持,先車平一個端面,并在該端面上用尖刀輕車一環(huán)形標記,作為磨削基準面,然后分別車內(nèi)孔和外圓,留1.2 mm余量,總長留0.8 mm余量；淬火和回火處理；以環(huán)形標記面為基準,先磨一端面約0.4 mm,再掉頭磨標記端面至總長尺寸；以內(nèi)孔和已磨削端面找正,進行內(nèi)孔粗磨,留0.3 mm余量；自然時效處理；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,裝夾磨用夾具,進行外圓粗磨,留0.3 mm余量；去除磨用夾具,進行時效處理；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渡錐帽上。過渡錐帽的錐面上套有相配合的彈性錐套,兩個彈性錐套的外圓表面套接在薄壁長隔套零件內(nèi)圓面上[5]。夾具中撥盤座上定位止口是按照薄壁長隔套零件的實測內(nèi)孔尺寸加工的,為外圓磨削提供較高的定位基準[6]。另外,彈性錐套上還開有三處切槽,可以提供適當?shù)膹椥宰冃瘟?如圖3所示。切槽為薄壁長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先不加工,待薄壁長隔套零件內(nèi)孔磨削成形后,按照實際測量的零件內(nèi)孔尺寸進行加工。加工時,先將撥盤座和頂盤座分別與相應(yīng)規(guī)格的過渡錐帽通過定位止口組裝,用螺栓連接。然后將彈性錐套套接在過渡錐帽上,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,彈性錐套沿過渡錐帽的外錐面移動。當三處切槽產(chǎn)生變形時,停止旋合調(diào)節(jié)圓螺母。此時,按照實際測量的零件內(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

磨用夾具的撥盤座和過渡錐帽設(shè)計為分體式結(jié)構(gòu),通過定位止口配合,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,通過彈性錐套較長的定位面,為薄壁長隔套零件提供剛性支撐,減小變形[11]。通過彈性錐套三處切槽，提供均勻的彈性撐力,提高零件的整體剛性。磨用夾具還能通過更換模塊化部件，滿足不同規(guī)格薄壁類長隔套零件的批量加工需求。撥盤座和過渡錐帽通過定位面、定位止口配合,用螺栓連接,既滿足精益設(shè)計、模塊化設(shè)計的要求,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

采用磨用夾具進行薄壁長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,有效保證了薄壁長隔套零件的尺寸精度和形位公差,減小了磨削過程中產(chǎn)生的變形。通過更換模塊化部件,能夠滿足不同規(guī)格類型薄壁長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,為薄壁長隔套零件的加工提供了一種新思路、新方法。