隨著多年來不斷地探索和發(fā)展 ， 我公司在大型鍛件深孔制造技術(shù)方面 ， 已經(jīng)達(dá)到了極限制造的較高水平 。 但是 ， 當(dāng)前的大型鍛件深孔制造技術(shù)仍然存在加工效率較低 , 有一定的質(zhì)量安全隱患等問題 。 根據(jù)大量現(xiàn)場(chǎng)事實(shí)和加工經(jīng)驗(yàn) ， 分析得出當(dāng)前深孔加工技術(shù)存在的缺點(diǎn) , 并有針對(duì)性地進(jìn)行技術(shù)研究改進(jìn) , 提高了大型鈦鍛件產(chǎn)品的深孔加工效率 20% 以上 ， 同時(shí)也提高了產(chǎn)品的加工質(zhì)量 。

1、產(chǎn)品概況

大型鍛件以某核電半速轉(zhuǎn)子為例 ， 材質(zhì)25Cr2Ni4MoV, 長(zhǎng)度為 15226 mm, 本體直徑 1955mm , 中心孔為臺(tái)階通孔 , 小孔直徑 240 mm, 孔深3175 mm, 大孔直徑 330 mm, 孔深 12 051 mm, 中心孔臺(tái)階過渡處與孔軸線呈 45°角 ， 整個(gè)深孔的圓柱度要求 0.5mm, 如圖 1 所示 。

2、當(dāng)前深孔加工現(xiàn)狀分析

分析得出當(dāng)前深孔加工技術(shù)存在以下不足 ：

(1) 大型鍛件深孔加工中的半精孔 、 精孔采用浮動(dòng)刀加工 。 傳統(tǒng)的浮動(dòng)刀加工能夠提高內(nèi)孔表面粗糙度 ， 利于后續(xù)磨孔 ， 但是其加工效率較低 ， 使擴(kuò)孔環(huán)節(jié)耗時(shí)較長(zhǎng) 。 而且在加工中會(huì)出現(xiàn)深孔跑偏及多邊形內(nèi)孔的情況 , 導(dǎo)致反復(fù)修孔 ， 降低加工效率 ， 并存在加工質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn) 。

(2) 磨孔環(huán)節(jié) , 傳統(tǒng) X 磨量較小 , 效率較低 。

(3) 臺(tái)階過渡處加工難度大 , 加工效率低 。

(4) 在精孔后的擦孔環(huán)節(jié)以及聯(lián)檢磁探后的擦孔環(huán)節(jié) ， 臺(tái)階孔的臺(tái)階過渡處使用常規(guī)方法很難擦干凈 ， 使工作效率低 。 之前采用的方法是用繩子從大孔拉至內(nèi)孔臺(tái)階過渡處進(jìn)行人工擦孔 。

這項(xiàng)工作對(duì)人的形體 、 體質(zhì)要求很高 ， 勞動(dòng)強(qiáng)度非常大 , 同時(shí)效率低 。 而人進(jìn)入直徑Ø330 mm 的深孔中作業(yè) ， 存在很大的安全隱患 。

3、技術(shù)方案

3.1 半精孔環(huán)節(jié)加工方法改進(jìn)

大型鈦鍛件深孔加工可大致分為套料 、 擴(kuò)孔 、 半精孔 、 精孔 、 磨孔五個(gè)步驟 。 原來的加工方法:加工Ø240mm 小孔 ， 在套料達(dá)到Ø230 mm 孔徑后 ，使用浮動(dòng)刀加工達(dá)到 Ø239.5 mm 孔徑 ， 最后進(jìn)行X 磨 ; 加工Ø330mm 大孔 ， 在套料達(dá)到 Ø230 mm孔徑后 ， 先使用 Ø300mm 和 Ø320 mm 的擴(kuò)孔鉆加工達(dá)到 Ø320 mm 孔徑 ， 然后使用浮動(dòng)刀加工達(dá)到 Ø329.5mm 孔徑 ， 最后進(jìn)行 X 磨 。 傳統(tǒng)的浮動(dòng)刀加工效率較低 ， 且在加工中會(huì)出現(xiàn)深孔跑偏及多邊形內(nèi)孔情況 , 導(dǎo)致反復(fù)修孔 ， 產(chǎn)品質(zhì)量較低 。

比對(duì)研究得出 ， 擴(kuò)孔鉆加工效率高于浮動(dòng)刀 ,且中心孔直線度好,但加工孔表面粗糙度較差 。

本加工方法取消了浮動(dòng)刀加工 ， 采用擴(kuò)孔鉆直接將孔加工至 Ø238 mm 、 Ø328 mm, 然后進(jìn)行X 磨 。 通過在擴(kuò)孔鉆刀座及導(dǎo)向鍵槽部位增加墊片 （ 見圖 2 ） ， 使 Ø230 mm 、 Ø320mm 的擴(kuò)孔鉆分別能夠加工出Ø238mm 、 Ø328mm 的深孔 ， 相當(dāng)于形成了Ø238 mm 、Ø328mm 的擴(kuò)孔鉆 。

因擴(kuò)孔鉆加工效率及穩(wěn)定性高于浮動(dòng)刀加工 ， 采用新的加工方法不僅降低了加工內(nèi)孔的質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn) ， 同時(shí)提高了加工效率 。

3.2 高效 X 磨技術(shù)研究及應(yīng)用

因擴(kuò)孔鉆加工的內(nèi)孔粗糙度較差 ， 內(nèi)孔一般留量 2 mm, 導(dǎo)致 X 磨工作量大幅增加 。 以大孔為例 ， 之前的加工方法是浮動(dòng)刀加工至 Ø329.5mm孔徑 , 進(jìn)行 X 磨 ; 改進(jìn)后的加工方法是擴(kuò)孔鉆將孔加工至 Ø328 mm, 進(jìn)行 X 磨 ， X 磨的工作量增加了 3 倍 , X 磨加工的效率對(duì)整個(gè)深孔加工的效率影響很大 。

傳統(tǒng)的 X 磨作業(yè) ， 其去除量一般在 0-5 mm以下 ， 主要以達(dá)到較高表面粗糙度為目的 。 本文的高效 X 磨技術(shù)要通過 X 磨去除2mm 的余量 ，實(shí)際上是將精孔和磨孔加工合二為一 。 以 Ø330mm 深孔加工為例 ， 改進(jìn)后的加工方法較傳統(tǒng)加工方法可節(jié)約加工時(shí)間 8 天 ， 較大地提高了深孔的加工效率 。

通過研究對(duì)比 ， 按照高效 X 磨去除量大 、 效率高的加工特點(diǎn) ， 定制新型的 X 磨油石 。 新 X 磨油石按一定比例加入了硫單質(zhì)及幾種硫化物 , 其在X 磨去除量 、 耐磨性 、 穩(wěn)定性方面有較大的優(yōu)勢(shì) 。

通過不斷試驗(yàn)新型 X 磨石在加工中的最佳技術(shù)參數(shù) ， 得出中心孔 X 磨的相關(guān)參數(shù)為工件轉(zhuǎn)速3 r/min~4 r/min, X 磨頭轉(zhuǎn)速 20 r/min ~ 30 r/min,X 磨頭進(jìn)給速度 3. 5 m/min~4.5 m/min 。

改進(jìn)后的高效 X 磨技術(shù)突破了傳統(tǒng)意義上的X 磨加工 , X 磨的去除量及加工效率有了巨大的進(jìn)步 , 在實(shí)際應(yīng)用中 ， 創(chuàng)造了半速轉(zhuǎn)子 12 m 深的大孔從 Ø328 mm X 磨至 Ø330 mm, 僅用時(shí) 4 天 。

3.3 臺(tái)階過渡處加工技術(shù)改進(jìn)

根據(jù)臺(tái)階孔結(jié)構(gòu)重新設(shè)計(jì)靠底刀片 （ 見圖3 ） , 以提高臺(tái)階過渡處的加工質(zhì)量及效率 。 使用粗靠和精靠相結(jié)合的加工方法 ， 使臺(tái)階孔均勻去量 ， 保證加工出的孔底底面刀花均勻 ， 使磨孔達(dá)到較高的表面粗糙度 。

在臺(tái)階孔底的拋磨過程中 ， 設(shè)計(jì)制作了孔底磨頭 ， 見圖 4 。 在磨頭 6 個(gè)槽中安裝尼龍塊 ， 然后將其尺寸車至與臺(tái)階孔底形狀相吻合 ， 結(jié)合砂紙后可以很好地完成拋光作業(yè) ， 高效率地達(dá)到表面粗糙度要求 。

3.4 擦孔裝置的制作及應(yīng)用

中心孔臺(tái)階過渡處因其結(jié)構(gòu)原因 ， 不能通過常規(guī)方法有效擦洗干凈 ， 對(duì)中心孔窺視檢查結(jié)果影響很大 。 人工進(jìn)入深孔擦孔 ， 局限性大,安全性差 ， 效率低 。 改進(jìn)后提供的專用擦孔裝置 ， 有效解決了上述問題 。

如圖 5, 擦孔裝置主要包括工作支臂 （ 4 件 ） 、活動(dòng)支承 （ 1 件 ） 、 固定支承 （ 1 件 ） 、 中心支承 （ 兩件 ） 、 主管體 （ 1 件 ） 、 扳手 （ 兩件 ） ， 驅(qū)動(dòng)螺母 （ 1件 ） ， 驅(qū)動(dòng)芯棒 （ 1 件 ） 、 螺栓銷 （ 8 件 ） 、 中心導(dǎo)向套（ 1 件 ） 、 定位銷 （ 1 件 ）

擦孔裝置使用的方法是 , 首先 , 通過旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)螺母使驅(qū)動(dòng)芯棒向圖 5 左側(cè)方向運(yùn)動(dòng) ， 活動(dòng)支承隨之向左側(cè)運(yùn)動(dòng) ,4 個(gè)工作支臂收縮至整體小于小孔尺寸 ， 將整套裝置從小孔端進(jìn)入 ， 如圖 6 所示 。 待該裝置到達(dá)深孔臺(tái)階處后 ， 旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)螺母使驅(qū)動(dòng)芯棒向圖 5 右側(cè)方向運(yùn)動(dòng) ， 活動(dòng)支承隨之向右側(cè)運(yùn)動(dòng) ,4 個(gè)工作支臂張開至設(shè)計(jì)尺寸 ， 并完全貼靠于深孔臺(tái)階處 ， 如圖 5 所示 。 通過旋轉(zhuǎn)扳手使整個(gè)裝置旋轉(zhuǎn) , 工作支臂即可將深孔臺(tái)階處的油泥等雜質(zhì)有效清理 ， 然后再通過旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)螺母使工作支臂收縮至整體小于小孔尺寸 , 最后將整套裝置取出 。 擦孔工裝的制作應(yīng)用 ， 實(shí)現(xiàn)了安全高效的孔外擦孔作業(yè) 。

4、結(jié)論

通過改進(jìn)大型鍛件中心孔的加工方法 ， 提高了孔的加工效率 20% 以上 , 并有效避免了加工安全的風(fēng)險(xiǎn) ， 降低了操作者的勞動(dòng)強(qiáng)度 ， 提高了產(chǎn)品的加工質(zhì)量 。

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