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        3.4 m立車加工薄壁筒節(jié)工藝研究

        2014-12-02 01:35:36葫蘆島濱海水電大件制造有限責(zé)任公司遼寧125004萬海濤張順延
        金屬加工(冷加工) 2014年19期
        關(guān)鍵詞:筒節(jié)花盤外圓

        葫蘆島濱海水電大件制造有限責(zé)任公司(遼寧 125004)萬海濤 張順延

        渤船集團(tuán)渤船機(jī)械工程有限公司(遼寧 125005)劉 勝

        薄壁筒節(jié)是某產(chǎn)品的關(guān)鍵工件,其材料特殊、直徑較大、筒壁較薄且尺寸加工精度高。特別是工件焊后殘余應(yīng)力、筒節(jié)彈性變形的不穩(wěn)定回彈、切削不同硬度分布區(qū)域產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)切削力以及大的刀具懸伸量等不利因素,都容易使工件加工時(shí)產(chǎn)生過大的變形和振動(dòng),進(jìn)而影響筒節(jié)的加工質(zhì)量及精度,很難達(dá)到圖樣的設(shè)計(jì)要求。

        薄壁筒節(jié)制作過程復(fù)雜,其工序?yàn)椋喊宀南铝?、煨彎、焊接、校圓、時(shí)效振動(dòng)處理及加工,加工是最后的關(guān)鍵工序。

        1.薄壁筒節(jié)加工分析

        (1)薄壁筒節(jié)(見圖1)的技術(shù)要求:高度偏差為±0.5 m m;坡口角度為±1°;坡口留根±0.5 mm;加工面不平度0.5 mm;表面粗糙度值Ra≤12.5 μm;筒節(jié)圓度公差1 mm(見圖2)。

        (2)加工難點(diǎn)分析:此工件屬薄壁大型零件,用三段圓弧厚度60 mm的高強(qiáng)鋼焊接而成。內(nèi)、外圓的加工余量均為5 mm,一般大型圓筒類工件加工單面余量都在10 mm以上。通過研究圖樣,確定工藝沒有難點(diǎn),但是實(shí)際加工過程中的尺寸控制相當(dāng)困難。主要體現(xiàn)在加工過程中的變形量,加工余量較小,加工后圓度的變形量在3~6 mm。由于變形大,使筒節(jié)表面加工不完全,局部點(diǎn)或面將留有黑皮,導(dǎo)致壁厚不均勻。如不采取有效的控制措施,則遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到圖樣要求的筒節(jié)圓度公差1 mm,同時(shí)圖中的上、下端面坡口角度也達(dá)不到尺寸要求。

        2.加工工藝

        (1)劃線:筒節(jié)加工前需在平臺(tái)上檢測(cè)上道工序制作精度。劃出內(nèi)、外圓加工線、十字中心線以及端口水平線。調(diào)整筒節(jié)垂直度,同時(shí)兼顧端口水平。以筒節(jié)內(nèi)表面為基準(zhǔn),找出筒節(jié)圓心,然后以此圓心為基準(zhǔn),劃一條內(nèi)圓加工線。檢查各部位加工余量是否均勻,若不均勻則調(diào)整筒節(jié)圓心,直至均勻?yàn)橹埂R哉{(diào)整好的筒節(jié)中心為基準(zhǔn),劃筒節(jié)內(nèi)、外圓加工線,必須保證最小壁厚。以上部繪制好的內(nèi)、外圓加工線為基準(zhǔn),用2 m角尺或線錘吊線,檢查筒節(jié)下部?jī)?nèi)、外圓加工余量是否足夠。如有偏差,視偏差情況適當(dāng)調(diào)整筒節(jié)垂直度。在上端面400 mm處繪制一條水平線,筒節(jié)上立車后,以此線為基準(zhǔn)進(jìn)行找正。

        (2)吊裝:在筒節(jié)上端面均勻分布3個(gè)吊點(diǎn)。筒節(jié)吊到立車工作臺(tái),使筒節(jié)4心在工作臺(tái)的兩個(gè)互相垂直梁上,調(diào)整筒節(jié)使其中心與工作臺(tái)中心重合。

        圖1

        圖2 加工圖樣

        (3)中心定位:將百分表安裝在刀架上,在筒節(jié)外表面端口線處打表,按8個(gè)卡盤位置測(cè)量并調(diào)整,滿足±1.5 mm時(shí)固定,同時(shí)測(cè)量筒節(jié)上、下心重合度,滿足±0.5 mm。

        (4)水平固定:將劃針固定到刀架上,指正筒節(jié)端口加工線,以8個(gè)卡爪位置,用劃針跟蹤端口加工線,用小型千斤頂調(diào)整筒節(jié)高度,劃針尖與端口加工線重合,滿足1 mm時(shí)固定。

        (5)緊固:調(diào)整合格后,頂緊夾爪工裝,夾緊螺栓。注意夾緊時(shí)僅對(duì)應(yīng)螺栓夾緊。由于是粗加工,夾爪力度可稍大一些。

        (6)粗加工內(nèi)、外圓:由于3.4 m立車刀架的行程為1.2 m,對(duì)筒節(jié)內(nèi)、外表面無法一次加工完成,所以只能二次裝夾,分段車削。粗車過程中,保證內(nèi)、外圓各留有2 mm加工量,并且粗車后,做好各點(diǎn)的尺寸記錄。由于分段焊接后,3道縱縫的焊肉高出筒節(jié)表面,加工過程中屬于間斷切削,所以在未加工到筒體表面時(shí),采用較小的轉(zhuǎn)速及進(jìn)給量。粗車過程中,每加工一刀,應(yīng)將卡爪松開,釋放出應(yīng)力后再裝夾;每加工一刀,都要翻身裝夾,進(jìn)行下部分的加工,往復(fù)幾次,直到內(nèi)、外圓各有2 mm加工余量為止。

        (7)精車:當(dāng)內(nèi)、外圓半徑方向上各留有2 mm加工余量時(shí),對(duì)筒節(jié)進(jìn)行精加工(見圖3)。

        精車采用專用自制工裝——花盤將其裝夾固定。先將花盤用螺栓固定到原卡盤上,再將工件用花盤裝夾。為減少應(yīng)力及裝夾變形量,在花盤上加工出16個(gè)向心的梯形槽,每?jī)蓚€(gè)為一組,做為卡爪的定位槽,使工件的夾緊力設(shè)為8點(diǎn)。與原4個(gè)卡爪相比,夾緊力較小,使筒節(jié)變形量能控制在公差范圍內(nèi)。3.4 m立車原設(shè)計(jì)為4個(gè)夾爪,對(duì)于薄壁套來說,受力點(diǎn)較少,裝夾變形較大,筒節(jié)產(chǎn)生變形。當(dāng)最小預(yù)緊力F1=180~190 N(見圖4)時(shí),直徑變形量為1.6 mm,無法滿足圖中尺寸公差1 mm的要求。而采用花盤的裝夾方式,8點(diǎn)的預(yù)緊力最小為F2=150~160 N(見圖5)時(shí),筒節(jié)的最大變形量為直徑0.6 mm,能夠滿足要求。原立車4點(diǎn)預(yù)緊力及花盤8點(diǎn)預(yù)緊力及變形分析如圖4、如圖5所示。

        精加工是整個(gè)加工過程中最重要的一個(gè)環(huán)節(jié),加工過程如出現(xiàn)打刀或刀具磨損,將直接影響加工表面質(zhì)量和尺寸精度,因此刀具材料的選用和合理的刀具幾何角度尤為重要。根據(jù)粗加工時(shí)總結(jié)出的材料特性和加工經(jīng)驗(yàn),刀具選用90°YT15車刀,刀具的刃傾角為正值,且采用較小的主偏角。由于精車過程中要避免停車換刀產(chǎn)生接刀痕,所以對(duì)刀具的刀尖強(qiáng)度要求較高,要求具有較好的散熱性能,并要有過渡刀刃,刀刃的偏角為主偏角的1/2。卡盤轉(zhuǎn)速為8 r/min,進(jìn)給量為0.5 mm/r,切削深度為0.5 mm。

        加工距上端面1000 mm范圍內(nèi)的內(nèi)孔及外圓時(shí),保證內(nèi)、外圓各留有1 mm加工余量,記錄筒節(jié)8個(gè)夾爪相對(duì)位置的實(shí)測(cè)尺寸并做好標(biāo)記。將夾爪松開進(jìn)行應(yīng)力釋放,將工件自然狀態(tài)下放置在花盤上,測(cè)量出此時(shí)的數(shù)據(jù)。實(shí)測(cè)結(jié)果顯示兩次測(cè)量結(jié)果不同,最大差值為0.40 mm。再次將筒節(jié)進(jìn)行裝夾,各點(diǎn)夾爪的夾緊力控制在150~160 N范圍內(nèi)(用力矩扳手)。將筒節(jié)上部分內(nèi)孔、外圓及上端面坡口加工成品。將工件在空中翻身并裝夾,進(jìn)行下部分的加工。裝夾前以已加工的部分筒節(jié)內(nèi)孔及外圓找正,保證軸向及徑向各點(diǎn)的位置度在0.5 mm范圍之內(nèi)。按加工上端部分的方法加工下端面及坡口,直至成品。加工過程中要實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè),避免刀具損壞及排屑不及時(shí)對(duì)已加工表面造成的影響。

        圖3

        圖4 普通4爪卡盤裝夾力分析圖

        圖5 花盤八爪卡盤裝夾力分析圖

        3.結(jié)語

        通過采用花盤8 點(diǎn)的夾緊方式,并結(jié)合反復(fù)換面裝夾,減少了薄壁筒節(jié)加工過程中的變形,使筒節(jié)圓度公差控制在1 mm之內(nèi)。合理地選擇刀具材料及幾何角度,能夠有效地避免打刀和刀具磨損等現(xiàn)象,使加工表面質(zhì)量和精度得以保證,從而保證了薄壁筒節(jié)的質(zhì)量,縮短了生產(chǎn)周期。

        [1]曾正明,吳清寒,等.機(jī)械工程材料手冊(cè)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2003.

        [2]蔡春源,汪愷,等.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2000.

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