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        盾構(gòu)機(jī)盾尾油脂孔整體加工工藝技術(shù)研究

        2020-07-28 11:48:44胡建其
        鐵道建筑技術(shù) 2020年5期
        關(guān)鍵詞:深孔裝夾工裝

        胡建其

        (中國鐵建重工集團(tuán)股份有限公司 湖南長沙 410100)

        1 引言

        圖1 盾尾筒體分塊

        大直徑泥水平衡盾構(gòu)機(jī)盾尾筒體通常采用分塊制作[1],整環(huán)一般分布有20組4×φ26 mm或者φ28 mm深度為2 000~3 000 mm的油脂深孔,分塊如圖1所示,原有工藝方案是先制作油脂板并加工好深孔,待盾尾筒體整體卷圓完成后在筒體上劃線割開,然后將油脂板焊接到筒體上。該方案在實(shí)施過程中會存在焊接量非常大,切割開孔和焊接操作導(dǎo)致盾尾產(chǎn)生較大變形,原材料浪費(fèi)較大,焊接完成后火焰校圓工作量大,尺寸公差和圓度均難以控制等問題?,F(xiàn)欲采用新的加工工藝方案對該零件上的深孔進(jìn)行加工,其深孔能否高效加工將直接影響盾尾生產(chǎn)效率的提高。

        加工零件為大直徑圓弧板,材料為Q345B,其中圓弧板上圓孔直徑為φ28,圓孔深度一般在2 500 mm左右,圓孔長徑比約為107,直線度要求≤2/3 000 mm,孔精度要求為0~0.22 mm,表面粗糙度要求大于Ra12.5μm,該零件的加工是典型的深孔加工[2]。

        2 零件工藝性難點(diǎn)分析

        對加工零件進(jìn)行工藝性分析后發(fā)現(xiàn)如下問題[3]:

        (1)加工零件具有外形結(jié)構(gòu)尺寸大的特點(diǎn),因此很難進(jìn)行裝夾找正,并很難實(shí)現(xiàn)鉆孔時(shí)的快速定位、裝夾和找正。

        (2)加工零件采用Q345B材料,材料塑韌性好,機(jī)加工時(shí)容易出現(xiàn)斷屑困難的情況,現(xiàn)在想要進(jìn)行深孔加工其斷屑就更為困難,容易出現(xiàn)堵屑情況[4]。

        (3)加工零件上孔的類型為盲孔,且長徑比大,這遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于普通深孔的長徑比,在滿足尺寸精度和位置精度設(shè)計(jì)要求的前提下加工出該孔無疑是一個(gè)難度不小的挑戰(zhàn)[5]。

        綜上所述,想要高效加工出零件上的深孔,需要克服零件快速定位裝夾、材料斷屑和深孔加工等難題,從而保證零件尺寸精度、位置精度和表面粗糙度的要求[6]。

        3 工藝方案

        3.1 工裝設(shè)計(jì)

        本文工裝的主要功能是滿足盾尾筒體的裝夾和盾尾油脂孔的定位[7]。在工裝設(shè)計(jì)中,首先設(shè)計(jì)了機(jī)床工作臺、墊板、支撐、底座和弧板來完成盾尾裝夾平臺的搭建,然后設(shè)計(jì)了卡板、擋板和定位板來實(shí)現(xiàn)對盾尾筒體的定位。設(shè)計(jì)的工裝整體方案圖和周向調(diào)節(jié)裝置分別如圖2和圖3所示。

        圖2 工裝整體方案

        圖3 周向調(diào)節(jié)裝置

        工裝中,通過高度調(diào)節(jié)螺母調(diào)節(jié)弧板高度,從而調(diào)整定位工件孔的中心高度;通過調(diào)節(jié)水平調(diào)節(jié)擋板和螺母使定位工件鉆孔軸線與鉆桿同軸;通過周向定位調(diào)節(jié)裝置使定位鉆孔的圓周位置可以覆蓋到每組孔的孔距。每組孔加工時(shí)只需調(diào)整一次定位板,再通過調(diào)整卡板即可完成周向每組孔的加工。

        3.2 機(jī)床改造

        根據(jù)本單位現(xiàn)有設(shè)備條件,對現(xiàn)有設(shè)備進(jìn)行機(jī)床改造,在不改變數(shù)控重型臥式車床CK61160×12 000 mm原有功能的基礎(chǔ)上,通過增加部件來進(jìn)行改造,以此滿足金屬類工件的深孔鉆削、擴(kuò)孔或者鏜孔的加工需求,實(shí)現(xiàn)盾體注漿板、油脂板深孔的自制加工[8]。在進(jìn)行鉆孔,擴(kuò)孔或鏜孔時(shí),采用刀具旋轉(zhuǎn)和進(jìn)給的加工方式,工件固定在增加的裝夾工裝上(見圖4)。鉆孔時(shí)排屑方式采用內(nèi)排屑,冷卻油從授油器進(jìn)入刀具進(jìn)行冷卻潤滑,同時(shí)把加工的鐵屑從刀桿內(nèi)排出。由于加工孔的孔徑和孔深的不同,因此對切削油的流量和壓力需求也有所不同。比如,加工孔徑小、深度長的深孔時(shí),隨著孔深加深,油壓損失變大,因此需要提供小流量、大壓力的切削油(試驗(yàn)證明必須油壓≥1 MPa);當(dāng)加工大孔時(shí)則相反,所需壓力較小(0.5 MPa左右即可)、流量較大。經(jīng)過研究決定,最終設(shè)計(jì)雙泵(高壓泵:16 MPa;大流量齒輪泵:0.36 MPa、18 m3/h)并聯(lián)控制很好地解決了該問題,設(shè)計(jì)的雙泵如圖5所示。

        圖4 機(jī)床改造示意

        圖5 設(shè)計(jì)雙泵

        深孔鉆裝置主要安裝精度如表1所示[9]。

        表1 深孔鉆裝置安裝精度

        深孔鉆裝置主要技術(shù)參數(shù)如表2所示。

        表2 深孔鉆裝置技術(shù)參數(shù)

        3.3 刀具選擇

        由于深孔加工具有斷屑難,易堵屑的問題,為解決這一問題,對多種刀具和刀片進(jìn)行對比調(diào)研,調(diào)研結(jié)果如表3所示。

        表3 刀具調(diào)研結(jié)果

        通過對比調(diào)研,最終選擇帶齒刀片的機(jī)加刀具,并對刀頭排屑孔進(jìn)行修磨擴(kuò)孔,很好解決了此問題。

        3.4 零件試制

        為了驗(yàn)證該設(shè)備精度和加工能力是否達(dá)到預(yù)定的目標(biāo)要求,能否滿足后續(xù)盾體油脂板、注漿板深孔的加工,現(xiàn)通過使用該設(shè)備進(jìn)行實(shí)際加工來驗(yàn)證。

        使用該設(shè)備分別加工直徑為φ28 mm孔深為3 020 mm和直徑為φ100 mm孔深為2 100 mm的盲孔,加工完成后盲孔分別如圖6和圖7所示。

        圖6 φ28深孔加工

        圖7 φ100深孔加工

        加工完成后測量結(jié)果如表4所示。

        表4 完成工件測量結(jié)果

        3.5 工藝對比

        對比原有加工工藝,新工藝具有以下優(yōu)勢:

        (1)節(jié)約焊接材料。按15 m盾構(gòu)機(jī)盾尾20塊油脂板計(jì)算,新工藝可減少40條焊縫,節(jié)約焊材1 280 kg,約占到盾尾殼體總焊材量的20%。

        (2)減少焊接工作量。直接在盾尾筒體上加工油脂孔,使得盾尾筒體無需焊接油脂板,可以極大地減少盾尾的鉚焊和校圓的工作量,降低約30%,同時(shí)原油脂板焊縫為二級焊縫,需無損檢測,因此也減少了無損檢測的工作量[10]。

        (3)穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量。不存在焊縫不合格風(fēng)險(xiǎn),同時(shí)盾尾筒體無卷圓后割孔、焊接變形的影響,其直徑、圓度能100%滿足圖紙尺寸精度要求。

        (4)節(jié)約原材料。盾尾筒體無需割孔焊接油脂板,按照15 m盾構(gòu)項(xiàng)目計(jì)算,盾尾分布20塊油脂板,油脂板規(guī)格2 320 mm×220 mm×100 mm;如采用焊接油脂板方案,則需浪費(fèi)原材料約8 013.28 kg。

        4 結(jié)果分析

        在進(jìn)行深孔加工的過程中,設(shè)備運(yùn)行正常,加工過程中未出現(xiàn)切屑堵塞、鉆頭損壞等現(xiàn)象,所加工工件全部合格,未出現(xiàn)深孔尺寸、直線度、平行度、表面粗糙度等精度不合格現(xiàn)象,驗(yàn)證了設(shè)備的可靠性,且其加工精度符合設(shè)計(jì)要求[11]。

        5 結(jié)束語

        (1)針對零件裝夾不易,定位困難等問題,設(shè)計(jì)了專門的裝夾工裝,通過專有的工裝實(shí)現(xiàn)了大尺寸零件的快速裝夾定位。

        (2)針對深孔加工困難的問題,在不影響原有設(shè)備功能的基礎(chǔ)上,對其進(jìn)行了技術(shù)改造[12],使其可以完成金屬類工件的深孔鉆削、擴(kuò)孔和鏜孔的加工需求,實(shí)現(xiàn)大尺寸零件的自制加工。

        (3)針對進(jìn)行深孔加工時(shí)斷屑難、易堵屑的問題,通過設(shè)計(jì)雙泵控制,選取合理刀具使該問題得到了很好的解決。

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