專利名稱：一種錐環形球冠狀鋼質工件的制造方法
技術領域：
本發明涉及機械加工領域，具體是一種錐環形球冠狀鋼質工件的制造方法。
背景技術：
精度為117級直徑約為I米的錐環形球冠狀鋼質工件是大型固體發動機的重要構件，所述工件內外型面為球冠狀、錐環形等壁厚工件。單臺發動機用量多達10件以上。目前該錐環形球冠狀金屬工件的成形方法一般是自由鍛件或模鍛件經反復車削成形，由于該類工件薄壁無底，需增加工藝法蘭臺用于裝夾，原材料尺寸大，材料利用率很低。所述自由鍛件加工中，毛坯成形方法簡單，但材料利用率約為1% 2%且加工周期很長，加工過程中耗費大量時間去除大量材料，加工成本高。所述模鍛件加工，材料利用率可達3 % 4 %，但毛坯成形方法復雜，需要萬噸級壓力機，且模具費用很高，導致工件綜合加工成本高，加 工周期長、材料利用率低。檢索專利文獻和論文數據庫，與本發明最接近的是文獻《薄壁回轉體工件的旋壓加工》(作者厲善元作者單位南華大學，湖南衡陽，421001 ISSN: 1001-2168出處模具工業，2002，(8)，p. 2729)，該文獻提出利用普通車床旋壓加工薄壁回轉體工件。為一種單純旋壓加工工藝，所制造工件精度不高，工藝過程簡單，借助非旋壓專用設備的車床來完成簡易旋壓成形工件，無精機加加工過程，與本發明工件結構不相似。對于精度為117級直徑約為I米的錐環形球冠狀工件的復合加工方法，相關文獻中未見報道。

發明內容
為克服現有技術中存在的加工周期長、材料利用率低，導致成本高的不足，本發明提出了一種用于鋼質錐環形球冠狀工件的制造方法。本發明的具體步驟為步驟1，坯料退火處理；通過熱處理爐對坯料進行退火處理，退火溫度為650°C 7000C ;保溫IOOmin ;保溫結束后采用空冷方式對坯料進行冷卻；步驟2，旋壓成形帶底球冠毛坯；將經過退火處理的坯料旋壓成形帶底球冠毛坯；旋壓成形中采用剪切旋壓與強力旋壓相結合的復合旋壓方式，分兩道次同步旋壓成形，得到帶底球冠毛坯；第一道次旋壓成形的具體過程是，將坯料置于旋壓芯模上，啟動旋壓機對還料進行旋壓；第一道次旋壓工藝參數為旋輪進給比為0. 5mm/r I. 5mm/r,旋壓機主軸轉速60r/min 100r/min,旋輪圓角半徑R25mm ;完成第一道次旋壓后,旋壓機回到初始狀態，繼續進行第二道次旋壓；第二道次旋壓工藝參數為旋輪進給比I. Omm/r I. 7mm/r，主軸轉速60r/min 100r/min,旋輪圓角半徑R25mm ;得到旋壓成形的帶底球冠毛還；步驟3，對得到的帶底球冠毛坯進行探傷檢驗；步驟4，對得到的帶底球冠毛坯進行退火處理；通過熱處理爐采用常規方法對經過探傷檢驗的帶底球冠毛坯進行退火處理；退火溫度為700°C 720°C ;保溫為700min IOOmin ;保溫結束后采用空冷方式對底球冠毛坯進行冷卻；
步驟5，對經過退火處理的帶底球冠毛坯進行先淬火再回火處理；首先對帶底球冠毛坯進行淬火處理；所述的淬火溫度為900°C 950°C;保溫時間為50min 70min ;保溫結束后采用油冷方式將淬火處理后的帶底球冠毛坯冷卻至室溫；對經過淬火處理的帶底球冠毛坯進行回火處理，回火溫度為400°C 520°C ;保溫70min IOOmin ;保溫結束后采用水冷方式將帶底球冠毛坯冷卻至室溫，得到經過先淬火再回火處理的帶底球冠毛坯；步驟6，對帶底球冠毛坯進行半精加工；采用常規機械加工方法，對經過淬火和回火處理的帶底球冠毛坯進行車削加工，得到帶底球冠半成品；步驟7，對半精加工后的帶底球冠半成品進行人工時效處理；采用常規方法，對得到的帶底球冠半成品進行人工時效處理；所述人工時效溫度280°C，保溫時間為480min 540min、冷卻方式為空冷；
步驟8，精加工；對經過人工時效處理帶底球冠半成品精加工，并去除帶底球冠半成品的底部，得到無底錐環形球冠狀工件。由于本發明將加工工件的原材料以板材代替自由鍛件或模鍛件，使原材料消耗降低約85%，有效降低了剎車成本。同時，本發明采用旋壓工藝制備帶底球冠狀工件，與現有技術中采用自由鍛件的成形方法比較，減少了大量的車削制坯時間，使加工效率提高I倍以上，生產成本降低約30%。本發明成果旋壓加工僅為制造帶底球冠毛坯，即前期制坯工藝，工件最終是機加成形。整個制造過程涉及旋壓、熱處理及機加工藝。本發明原材料采用板材，利用旋壓技術制備帶底球冠毛坯后機加成形。該工藝方法將原材料由鍛件變為板材，將采用鍛件逐步車削成形變為采用板材旋壓制坯后車削成形。原材料由板材代替鍛件，單件原材料消耗可節約85%。工藝方法由板材旋壓制坯后車削成形代替鍛件逐步車削成形，節省了大量車削時間，加工效率能夠提高一倍。
具體實施例方式實施例I本實施例是一種錐環形球冠狀工件的制造方法。所述無底球冠工件的材料為30CrMnSiA高強度鋼，淬、回火后硬度達到HRC33 38。所用的還料為經過超聲波探傷檢驗合格的板材，該還料的直徑為4>670mm,壁厚為tl3mm。成形后工件的內徑=540mm ； 外徑=630mm ;高度H = 62mm ;壁厚t = 2. 3mm ；內型面SRC356mm。具體加工步驟為步驟1，坯料退火處理。通過熱處理爐對坯料進行退火處理，退火溫度為650°C;保溫lOOmin。保溫結束后采用空冷方式對坯料進行冷卻。步驟2，旋壓成形帶底球冠毛坯。將經過退火處理的坯料通過雙輪強力數控旋壓機旋壓成形帶底球冠毛坯。旋壓成形中采用剪切旋壓與強力旋壓相結合的復合旋壓方式，分兩道次同步旋壓成形，得到帶底球冠毛坯。第一道次旋壓成形的具體過程是，將坯料置于旋壓芯模上，啟動雙輪強力數控旋壓機對坯料進行旋壓。第一道次旋壓工藝參數為旋輪進給比為0. 5mm/r,雙輪強力數控旋壓機主軸轉速60r/min,旋輪圓角半徑R25mm。完成第一道次旋壓后，雙輪強力數控旋壓機回到初始狀態，繼續進行第二道次旋壓。第二道次旋壓工藝參數為旋輪進給比lmm/r,主軸轉速60r/min,旋輪圓角半徑R25mm。得到旋壓成形的帶底球冠毛；K。本實施例所述的旋壓芯模為帶底球冠毛坯的成形模具，用模具鋼制成。所述旋壓芯模的中心有貫通的通氣孔。所述旋壓芯模一端的端面有與雙輪強力數控旋壓機連接的錐形孔，該錐形孔的錐度與雙輪強力數控旋壓機主軸的錐度相同。所述旋壓芯模另一端的端面有軸向凸出的凸臺，用于卡裝坯料。所述旋壓芯模的外形與所成形的無底球冠工件的內型面相同，并且該旋壓芯模的外形尺寸小于成形的無底球冠工件的內型面的尺寸3_，以作為機加余量。步驟3，對得到的帶底球冠毛坯進行探傷檢驗。使用超聲波探傷儀按常規標準探傷 方法對得到的帶底球冠毛坯探傷檢驗。步驟4，對得到的帶底球冠毛坯進行退火處理。通過熱處理爐采用常規方法對經過探傷檢驗的帶底球冠毛坯進行退火處理。退火溫度為700°C;保溫為70min。保溫結束后采用空冷方式對底球冠毛坯進行冷卻。步驟5，對經過退火處理的帶底球冠毛坯進行先淬火再回火處理。采用常規方法對帶底球冠毛坯進行淬火處理后回火處理。首先對帶底球冠毛坯進行淬火處理。所述的淬火溫度為900°C;保溫為50min。保溫結束后采用油冷方式將淬火處理后的帶底球冠毛坯冷卻至室溫。對經過淬火處理的帶底球冠毛坯進行回火處理，回火溫度為520°C;保溫70min。保溫結束后采用水冷方式將帶底球冠毛坯冷卻至室溫，得到經過先淬火再回火處理的帶底球冠毛還。步驟6，對帶底球冠毛坯進行半精加工。采用常規機械加工方法，對經過淬火和回火處理的帶底球冠毛坯進行車削加工，將球冠型面壁厚車加工至3. 3mm，得到帶底球冠半成品。步驟7，對半精加工后的帶底球冠半成品進行人工時效處理。采用常規方法，對得到的帶底球冠半成品進行人工時效處理。所述人工時效溫度280°C，保溫時間為480min、冷卻方式為空冷。步驟8，精加工。對經過人工時效處理帶底球冠半成品精加工，采用常規機械加工方法，先精車削球冠外型面達到設計要求尺寸，再精車削球冠內型面達到設計尺寸，最后從球冠型面底部按設計尺寸高度要求，去除帶底球冠半成品的底部，得到無底錐環形球冠狀工件。實施例2本實施例是一種錐環形球冠狀工件的制造方法。所述無底球冠工件的材料為30CrMnSiA高強度鋼，淬、回火后硬度達到HRC33 38。所用的還料為經過超聲波探傷檢驗合格的板材，該還料的直徑為4>850mm,壁厚為tl3mm。成形后工件的內徑=650mm ； 外徑=760mm ;高度H = 80mm ;壁厚t = 3mm ；內型面SRC400mm。具體加工步驟為步驟1，坯料退火處理。通過熱處理爐對坯料進行退火處理，退火溫度為680°C;保溫lOOmin。保溫結束后采用空冷方式對坯料進行冷卻。步驟2，旋壓成形帶底球冠毛坯。將經過退火處理的坯料通過雙輪強力數控旋壓機旋壓成形帶底球冠毛坯。旋壓成形中采用剪切旋壓與強力旋壓相結合的復合旋壓方式，分兩道次同步旋壓成形，得到帶底球冠毛坯。第一道次旋壓成形的具體過程是，將坯料置于旋壓芯模上，啟動雙輪強力數控旋壓機對坯料進行旋壓。第一道次旋壓工藝參數為旋輪進給比為I. Omm/r,雙輪強力數控旋壓機主軸轉速80r/min,旋輪圓角半徑R25mm。完成第一道次旋壓后，雙輪強力數控旋壓機回到初始狀態，繼續進行第二道次旋壓。第二道次旋壓工藝參數為旋輪進給比I. 5mm/r,主軸轉速80r/min,旋輪圓角半徑R25mm。得到旋壓成形的帶底球冠毛還。本實施例所述的旋壓芯模為帶底球冠毛坯的成形模具，用模具鋼制成。所述旋壓芯模的中心有貫通的通氣孔。所述旋壓芯模一端的端面有與雙輪強力數控旋壓機連接的錐形孔，該錐形孔的錐度與雙輪強力數控旋壓機主軸的錐度相同。所述旋壓芯模另一端的端面有軸向凸出的凸臺，用于卡裝坯料。所述旋壓芯模的外形與所成形的無底球冠工件的內型面相同，并且該旋壓芯模的外形尺寸小于成形的無底球冠工件的內型面的尺寸3_，以作為機加余量。步驟3，對得到的帶底球冠毛坯進行探傷檢驗。使用超聲波探傷儀按常規標準探傷方法對得到的帶底球冠毛坯探傷檢驗。步驟4，對得到的帶底球冠毛坯進行退火處理。通過熱處理爐采用常規方法對經過探傷檢驗的帶底球冠毛坯進行退火處理。退火溫度為710°C;保溫為85min。保溫結束后采用空冷方式對底球冠毛坯進行冷卻。步驟5，對經過退火處理的帶底球冠毛坯進行先淬火再回火處理。采用常規方法對帶底球冠毛坯進行淬火處理后回火處理。首先對帶底球冠毛坯進行淬火處理。所述的淬火溫度為920°C;保溫為60min。保溫結束后采用油冷方式將淬火處理后的帶底球冠毛坯冷卻至室溫。對經過淬火處理的帶底球冠毛坯進行回火處理，回火溫度為470°C;保溫85min。保溫結束后采用水冷方式將帶底球冠毛坯冷卻至室溫，得到經過先淬火再回火處理的帶底球冠毛還。步驟6，對帶底球冠毛坯進行半精加工。采用常規機械加工方法，對經過淬火和回火處理的帶底球冠毛坯進行車削加工，將球冠型面壁厚車加工至4mm，得到帶底球冠半成品。步驟7，對半精加工后的帶底球冠半成品進行人工時效處理。采用常規方法，對得到的帶底球冠半成品進行人工時效處理。所述人工時效溫度280°C，保溫時間為510min、冷卻方式為空冷。步驟8，精加工。對經過人工時效處理帶底球冠半成品精加工，采用常規機械加工方法，先精車削球冠外型面達到設計要求尺寸，再精車削球冠內型面達到設計尺寸，最后從球冠型面底部按設計尺寸高度要求，去除帶底球冠半成品的底部，得到無底錐環形球冠狀工件。實施例3本實施例是一種錐環形球冠狀工件的制造方法。所述無底球冠工件的材料為30Si2MnCrMJE超高強度鋼，淬、回火后硬度達到HRC45 50。所用的坯料為經過超聲波探傷檢驗合格的板材，該坯料的直徑為0 700mm，壁厚為tl3mm。成形后工件的內徑=550mm ； 外徑=630mm ;高度H = 60mm ;壁厚t =2. 5mm ;內型面SRC360mm。具體加工步驟為步驟1，坯料退火處理。通過熱處理爐對坯料進行退火處理，退火溫度為700°C;保、溫lOOmin。保溫結束后采用空冷方式對坯料進行冷卻。步驟2，旋壓成形帶底球冠毛坯。將經過退火處理的坯料通過雙輪強力數控旋壓機旋壓成形帶底球冠毛坯。旋壓成形中采用剪切旋壓與強力旋壓相結合的復合旋壓方式，分兩道次同步旋壓成形，得到帶底球冠毛坯。第一道次旋壓成形的具體過程是，將坯料置于旋壓芯模上，啟動雙輪強力數控旋壓機對坯料進行旋壓。第一道次旋壓工藝參數為旋輪進給比為I. 5mm/r,雙輪強力數控旋壓機主軸轉速100r/min,旋輪圓角半徑R25mm。完成第一道次旋壓后，雙輪強力數控旋壓機回到初始狀態，繼續進行第二道次旋壓。第二道次旋壓工藝參數為旋輪進給比I. 7mm/r，主軸轉速100r/min，旋輪圓角半徑R25mm。得到旋壓成形的帶底球冠毛坯。本實施例所述的旋壓芯模為帶底球冠毛坯的成形模具，用模具鋼制成。所述旋壓芯模的中心有貫通的通氣孔。所述旋壓芯模一端的端面有與雙輪強力數控旋壓機連接的錐形孔，該錐形孔的錐度與雙輪強力數控旋壓機主軸的錐度相同。所述旋壓芯模另一端的端面有軸向凸出的凸臺，用于卡裝坯料。所述旋壓芯模的外形與所成形的無底球冠工件的內 型面相同，并且該旋壓芯模的外形尺寸小于成形的無底球冠工件的內型面的尺寸3_，以作為機加余量。步驟3，對得到的帶底球冠毛坯進行探傷檢驗。使用超聲波探傷儀按常規標準探傷方法對得到的帶底球冠毛坯探傷檢驗。步驟4，對得到的帶底球冠毛坯進行退火處理。通過熱處理爐采用常規方法對經過探傷檢驗的帶底球冠毛坯進行退火處理。退火溫度為720V ;保溫為lOOmin。保溫結束后采用空冷方式對底球冠毛坯進行冷卻。步驟5，對經過退火處理的帶底球冠毛坯進行先淬火再回火處理。采用常規方法對帶底球冠毛坯進行淬火處理后回火處理。首先對帶底球冠毛坯進行淬火處理。所述的淬火溫度為950°C;保溫為70min。保溫結束后采用油冷方式將淬火處理后的帶底球冠毛坯冷卻至室溫。對經過淬火處理的帶底球冠毛坯進行回火處理，回火溫度為400°C ;保溫lOOmin。保溫結束后采用水冷方式將帶底球冠毛坯冷卻至室溫，得到經過先淬火再回火處理的帶底球冠毛還。步驟6，對帶底球冠毛坯進行半精加工。采用常規機械加工方法，對經過淬火和回火處理的帶底球冠毛坯進行車削加工，將球冠型面壁厚車加工至3. 5mm，得到帶底球冠半成品。步驟7，對半精加工后的帶底球冠半成品進行人工時效處理。采用常規方法，對得到的帶底球冠半成品進行人工時效處理。所述人工時效溫度280°C，保溫時間為540min、冷卻方式為空冷。步驟8，精加工。對經過人工時效處理帶底球冠半成品精加工，采用常規機械加工方法，先精車削球冠外型面達到設計要求尺寸，再精車削球冠內型面達到設計尺寸，最后從球冠型面底部按設計尺寸高度要求，去除帶底球冠半成品的底部，得到無底錐環形球冠狀工件。
權利要求
1.一種錐環形球冠狀鋼質工件的制造方法，其特征在于，具體步驟為 步驟1，坯料退火處理；通過熱處理爐對坯料進行退火處理，退火溫度為650°C 7000C ;保溫IOOmin ;保溫結束后采用空冷方式對坯料進行冷卻； 步驟2，旋壓成形帶底球冠毛坯；將經過退火處理的坯料旋壓成形帶底球冠毛坯；旋壓成形中采用剪切旋壓與強力旋壓相結合的復合旋壓方式，分兩道次同步旋壓成形，得到帶底球冠毛坯；第一道次旋壓成形的具體過程是，將坯料置于旋壓芯模上，啟動旋壓機對坯料進行旋壓；第一道次旋壓工藝參數為旋輪進給比為0. 5mm/r I. 5mm/r,旋壓機主軸轉速60r/min 100r/min,旋輪圓角半徑R25mm ;完成第一道次旋壓后,旋壓機回到初始狀態,繼續進行第二道次旋壓；第二道次旋壓工藝參數為旋輪進給比I. Omm/r I. 7mm/r，主軸轉速60r/min 100r/min,旋輪圓角半徑R25mm ;得到旋壓成形的帶底球冠毛還； 步驟3，對得到的帶底球冠毛坯進行探傷檢驗； 步驟4，對得到的帶底球冠毛坯進行退火處理；通過熱處理爐采用常規方法對經過探傷檢驗的帶底球冠毛坯進行退火處理；退火溫度為700°C 720°C ;保溫為700min IOOmin ;保溫結束后采用空冷方式對底球冠毛坯進行冷卻； 步驟5，對經過退火處理的帶底球冠毛坯進行先淬火再回火處理；首先對帶底球冠毛坯進行淬火處理；所述的淬火溫度為900°C 950°C;保溫時間為50min 70min ;保溫結束后采用油冷方式將淬火處理后的帶底球冠毛坯冷卻至室溫；對經過淬火處理的帶底球冠毛坯進行回火處理，回火溫度為400°C 520°C ;保溫70min IOOmin ;保溫結束后采用水冷方式將帶底球冠毛坯冷卻至室溫，得到經過先淬火再回火處理的帶底球冠毛坯； 步驟6，對帶底球冠毛坯進行半精加工；采用常規機械加工方法，對經過淬火和回火處理的帶底球冠毛坯進行車削加工，得到帶底球冠半成品； 步驟7，對半精加工后的帶底球冠半成品進行人工時效處理；采用常規方法，對得到的帶底球冠半成品進行人工時效處理；所述人工時效溫度280°C，保溫時間為480min 540min、冷卻方式為空冷； 步驟8，精加工；對經過人工時效處理帶底品精加球冠半成工，并去除帶底球冠半成品的底部，得到無底錐環形球冠狀工件。
全文摘要
一種錐環形球冠狀鋼質工件的制造方法，采用旋壓的方法將板材成形為帶底球冠毛坯。對得到的帶底球冠毛坯進行熱處理，包括退火處理、先淬火再回火處理，并經機械加工后得到無底球冠零件。本發明將加工零件的原材料以板材代替自由鍛件或模鍛件，使原材料消耗降低約85％，有效降低了剎車成本。同時，本發明采用旋壓工藝制備帶底球冠狀零件，與現有技術中采用自由鍛件的成形方法比較，減少了大量的車削制坯時間，使加工效率提高1倍以上，生產成本降低約30％。
文檔編號B23P15/00GK102672433SQ20121015639
公開日2012年9月19日 申請日期2012年5月20日 優先權日2012年5月20日
發明者余大兵, 吳軍, 姚飛, 張立武, 李俊峰, 李增輝, 李艷輝, 楊延濤, 溫樹斌, 焦永靈, 王偉, 蒙淑芳, 袁永瑞, 鄧強, 陳文會, 雷霖, 高小寧 申請人:西安航天動力機械廠