一种薄壁环的加工方法与流程

1.本发明属于机械设备加工制造技术领域，涉及一种薄壁环的加工方法。


背景技术：

2.薄壁环套类零件在重型机械设备领域中的应用非常广泛，是一些轧机辊系装置中的重要组成件。以820轧机上的一种薄壁环为例来说明：薄壁环结构虽然简单，但尺寸公差及形位公差却要求很高，尤其是形位公差包括各尺寸公差在0.025mm～0.05mm之间，而形位公差中各外圆与内孔的同轴度要求为0.015mm，各端面与外圆的全跳动要求为0.02mm，关键是壁厚最薄处仅为10mm，零件结构刚性差，加工制造过程中极易产生换工位装卡变形、较大的找正误差及加工热变形，故而其对加工制造工艺的要求非常高。
3.现有常规加工薄壁环的方法为：上车床(卧式车床或立式车床皆可)，加工过程中多次换工位装卡，粗车内孔、外圆及各端面
→
多次换工位装卡，首次半精车内孔、外圆及各端面
→
多次换工位装卡，二次半精车内孔、外圆及各端面
→
多次换工位装卡，精车内孔、外圆及各端面达图。由于在半精车、精车过程中，存在多次换工位装卡及找正，而零件结构刚性又差，故而无论怎样控制并调整切削参数，都会产生较大的装卡变形、找正误差及加工热变形，导致其尺寸公差、形位公差均不能严格达到图纸要求，最终只能报废或退而求其次让步使用。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种薄壁环的加工方法，解决了现有加工薄壁环的方法存在工艺难度大，成品合格率低的问题。
5.本发明所采用的技术方案是，一种薄壁环的加工方法，具体按照以下步骤实施：
6.步骤1、采用常规的工艺加工薄壁环毛坯件；
7.步骤2、加工胎具作为安装定位的专用工装；
8.步骤3、通过步骤1首次半精加工薄壁环后，利用步骤2中的胎具，将薄壁环安装于胎具上进行后续的半精加工及最终的精加工。
9.本发明的特点还在于：
10.步骤1具体过程为：先将薄壁环毛坯件上车床，加工过程中多次换工位装卡，粗车内孔、外圆及各端面；卸下薄壁环，放置2～3天，将薄壁环毛坯件上车床，多次换工位装卡，首次半精车内孔、外圆及各端面；再次卸下薄壁环，放置2～3天，再次将薄壁环上立式车床，采用压板装卡的方式，二次半精车，精车薄壁环的定位孔达图，薄壁环包括位于上表面的待加工端面a和位于下表面的待加工端面c，待加工端面a和待加工端面c之间开设定位孔，卸下薄壁环即可。
11.步骤2中胎具包括圆形板，圆形板中心开设起吊装卡孔，圆形钢板外壁上方向下开设第一台阶，第一台阶曲边为基准外圆b，圆形钢板外壁下方向上开设第二台阶，第二台阶曲边为基准外圆a，第一台阶深度不大于第二台阶，位于第二台阶和第二台阶之间曲边为定
位锥圆，第二台阶上表面为基准端面。
12.定位锥圆呈上大下小的锥圆台结构，定位孔作为与定位锥圆相配合的基准孔。
13.胎具通过一块圆形钢板火焰切割出中心部位的起吊装卡孔之后一体加工而成。
14.步骤3具体按照以下步骤实施：
15.将薄壁环环套安装于胎具的定位锥圆上，用铜棒上、下、左、右交叉均匀敲击薄壁环的待加工端面c，在靠近起吊装卡孔的部位处，通过定位锥圆将薄壁环弹性锁紧固定牢靠；
16.通过起吊装卡孔将胎具吊装上车床，车床卡盘反爪夹持住胎具的起吊装卡孔，启动车床，通过胎具上的基准外圆a、基准端面、基准外圆b，找正好胎具；
17.薄壁环上还包括在待加工端面a围绕定位孔外径向下开设台阶，台阶的曲面为待加工外圆a，台阶的水平上表面为待加工端面b，台阶底部边缘曲面为待加工外圆b；二次半精车薄壁环上按照待加工端面c、待加工外圆b、待加工端面b、待加工外圆a、待加工端面a的顺序依次加工；
18.三次半精车薄壁环上的待加工端面c、待加工外圆b、待加工端面b、待加工外圆a及待加工端面a；精车薄壁环上的待加工端面c、待加工外圆b、待加工端面b、待加工外圆a及待加工端面a各部均达图，即成。
19.本发明的有益效果是：本发明一种薄壁环的加工方法，保证薄壁环在加工时成品合格率的稳定性显著提高，使得其加工制造的完全合格成为可能，使820轧机的整机性能趋向优良。利用该方法，使得820轧机上薄壁环的加工变得更加方便、可靠，且工装结构简单，工艺操作方便，实用性强，解决了现有加工薄壁环的方法存在工艺难度大，成品合格率低的问题。
附图说明
20.图1是本发明加工对象820轧机上薄壁环的主视图；
21.图2是图1中820轧机上薄壁环的俯视图；
22.图3是本发明方法采用的胎具主视图；
23.图4是图3中胎具的俯视图；
24.图5是用本发明方法在车削加工薄壁环各外圆及端面时的主视装配图；
25.图6是用本发明方法在车削加工薄壁环各外圆及端面时的俯视装配图。
26.图中，1.薄壁环，2.定位孔，3.胎具，4.基准外圆a，5.基准端面，6、定位锥圆，7.基准外圆b，8.起吊装卡孔，9.待加工端面a，10.待加工外圆a，11.待加工端面b，12.待加工外圆b，13.待加工端面c。
具体实施方式
27.下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
28.本发明一种薄壁环的加工方法，具体按照以下步骤实施：
29.步骤1、采用常规的工艺加工薄壁环毛坯件；
30.步骤1具体过程为：
31.先将薄壁环毛坯件上车床，加工过程中多次换工位装卡，粗车内孔、外圆及各端
面；卸下薄壁环1，放置2～3天，将薄壁环毛坯件上车床，多次换工位装卡，首次半精车内孔、外圆及各端面；再次卸下薄壁环1，放置2～3天，再次将薄壁环1上立式车床，采用压板装卡的方式，二次半精车，精车薄壁环1的定位孔2达图，如图1和图2所示，薄壁环1包括位于上表面的待加工端面a9和位于下表面的待加工端面c13，待加工端面a9和待加工端面c13之间开设定位孔2，卸下薄壁环1即可。
32.步骤2、加工胎具3作为安装定位的专用工装；
33.步骤2中胎具3加工的具体按照以下步骤实施：如图3和图4所示，胎具3包括圆形板，圆形板中心开设起吊装卡孔8，圆形钢板外壁上方向下开设第一台阶，第一台阶曲边为基准外圆b7，圆形钢板外壁下方向上开设第二台阶，第二台阶曲边为基准外圆a4，第一台阶深度不大于第二台阶，位于第二台阶和第二台阶之间曲边为定位锥圆6，第二台阶上表面为基准端面5。
34.定位锥圆6呈上大下小的锥圆台结构，定位孔2作为与定位锥圆6相配合的基准孔，通过定位锥圆6实现定位孔2尺寸精度及形状精度要求。
35.胎具3通过一块圆形钢板火焰切割出中心部位的起吊装卡孔8之后一体加工而成。吊装卡孔8用于胎具3的起吊和加工时胎具3在车床上的装卡固定；基准外圆a4和基准外圆b7均用于加工时胎具3径向定位找正，在找正时起主导作用；基准端面5用于加工时胎具3的轴向定位找正。
36.步骤3、通过步骤1首次半精加工薄壁环1后，利用步骤2中的胎具3，将薄壁环1安装于胎具3上进行后续的半精加工及最终的精加工。
37.步骤3将定位孔2定位并弹性锁紧于胎具3上，借助薄壁环1刚性差，弹性好的结构特点，当薄壁环1向定位锥圆6上部大直径受力时，弹性锁紧固定牢靠，利用胎具3车削加工薄壁环1上各外圆及端面的装配图，如图5和图6所示，具体按照以下步骤实施：
38.将薄壁环1环套安装于胎具3的定位锥圆6上，用铜棒上、下、左、右交叉均匀敲击薄壁环1的待加工端面c13，在靠近起吊装卡孔8的部位处，通过定位锥圆6将薄壁环1弹性锁紧固定牢靠；
39.通过起吊装卡孔8将胎具3吊装上车床，车床卡盘反爪夹持住胎具3的起吊装卡孔8，启动车床，通过胎具3上的基准外圆a4、基准端面5、基准外圆b7，找正好胎具3；
40.薄壁环1上还包括在待加工端面a9围绕定位孔2外径向下开设台阶，台阶的曲面为待加工外圆a10，台阶的水平上表面为待加工端面b11，台阶底部边缘曲面为待加工外圆b12；二次半精车薄壁环1上按照待加工端面c13、待加工外圆b12、待加工端面b11、待加工外圆a10、待加工端面a9的顺序依次加工；
41.三次半精车薄壁环1上的待加工端面c13、待加工外圆b12、待加工端面b11、待加工外圆a10及待加工端面a9；精车薄壁环1上的待加工端面c13、待加工外圆b12、待加工端面b11、待加工外圆a10及待加工端面a9各部均达图，即成。
42.本发明一种薄壁环的加工方法，车削加工过程中，选取合理适当的切削参数，并在半精车、精车时给足切削液充分冷却，以防止薄壁环1在车削加工过程中因冷却不充分或选取的切削参数不合理而发生加工热变形；同时半精车、精车时，需严格遵循加工方法及工艺流程中的先待加工端面c13
→
再待加工外圆b12
→
再待加工端面b11
→
再待加工外圆a10
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最后待加工端面a9的加工顺序，以防止加工顺序混乱甚至相反而破坏定位锥圆6的“弹性锁
紧”效果减弱或失效导致薄壁环1从胎具3上轴向松动甚至脱落的现象发生。
43.本发明一种薄壁环的加工方法，胎具3上的基准外圆a4、基准端面5、定位锥圆6及基准外圆b7同样均为关键部位功能面，不仅定位锥圆6的尺寸精度及形状精度要求很高，基准外圆a4、基准端面5及基准外圆b7的形状精度要求也很高，且其相互之间存在着比尺寸精度、形状精度更加严格的位置精度要求。薄壁环1上的定位孔2及待加工端面a9、待加工外圆a10、待加工端面b11、待加工外圆b12、待加工端面c13均为关键部位功能面，不仅尺寸精度要求很高，相互之间存在着比尺寸精度更加严格的形位精度要求。胎具3的基准外圆a4、基准端面5、定位锥圆6及基准外圆b7的设置、形状及尺寸大小的选择与加工主要考虑的是功能性要求；而胎具3总厚度的选择、起吊装卡孔8的形状、位置及直径尺寸大小的设置则需综合考虑其结构刚性与功能性的双重要求。
44.本发明所采用的专用工装胎具3的各种设置，除了考虑其结构刚性、功能要求、尺寸及形位公差、与尺寸及形位公差相匹配的表面粗糙度要求以及安全可靠性等诸多因素之外，最主要的是针对薄壁环1上各外圆及端面的半精车、精车加工最终要达到的高精度尺寸公差以及更加苛刻的高形位精度要求而使其具备相适配的尺寸精度及形位精度要求。
45.本发明采用的专用工装胎具3的结构简单，实际操作过程方便，工艺性好，定位精度高，实用性强，尤其适用于薄壁环套类零件的批量加工，大大降低了820轧机薄壁环在加工过程中所产生的多工位装卡找正误差、加工热变形而产生的尺寸误差、形位误差，故使其各尺寸公差、形位精度均严格达到了图纸要求，从而使820轧机的整机工作精度、稳定性及使用寿命显著提高。利用本发明车削加工薄壁环的各外圆及端面，也使得该薄壁环在加工制造过程中的废品率及让步使用率极大降低，因此上带来了很好的经济效益，值得推广并加以广泛应用。