大型鍛件深孔加工工藝研究

楊大偉 向前波 胡 建 堯躍利

(二重(德陽)重型裝備有限公司，德陽618000)

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)場事實和加工經(jīng)驗，分析得出當(dāng)前深孔加工技術(shù)存在的缺點，并有針對性地進行技術(shù)研究改進，提高了大型鍛件產(chǎn)品的深孔加工效率20%以上，同時也提高了產(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，長度為15 226 mm，本體直徑1955 mm，中心孔為臺階通孔，小孔直徑240 mm，孔深3175 mm，大孔直徑330 mm，孔深12 051 mm，中心孔臺階過渡處與孔軸線呈45°角，整個深孔的圓柱度要求0.5 mm，如圖1所示。

圖1 鍛件尺寸Figure 1 Forging size

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、精孔采用浮動刀加工。傳統(tǒng)的浮動刀加工能夠提高內(nèi)孔表面粗糙度，利于后續(xù)磨孔，但是其加工效率較低，使擴孔環(huán)節(jié)耗時較長。而且在加工中會出現(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。

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

(3)臺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)，臺階孔的臺階過渡處使用常規(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)孔臺階過渡處進行人工擦孔。這項工作對人的形體、體質(zhì)要求很高，勞動強度非常大，同時效率低。而人進入直徑?330 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

大型鍛件深孔加工可大致分為套料、擴孔、半精孔、精孔、磨孔五個步驟。原來的加工方法：加工?240 mm小孔，在套料達到?230 mm孔徑后，使用浮動刀加工達到?239.5 mm孔徑，最后進行珩磨；加工?330 mm大孔，在套料達到?230 mm孔徑后，先使用?300 mm和?320 mm的擴孔鉆加工達到?320 mm孔徑，然后使用浮動刀加工達到?329.5 mm孔徑，最后進行珩磨。傳統(tǒng)的浮動刀加工效率較低，且在加工中會出現(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。

比對研究得出，擴孔鉆加工效率高于浮動刀，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刀加工，采用擴孔鉆直接將孔加工至?238 mm、?328 mm，然后進行珩磨。通過在擴孔鉆刀座及導(dǎo)向鍵槽部位增加墊片(見圖2)，使?230 mm、?320 mm的擴孔鉆分別能夠加工出?238 mm、?328 mm的深孔，相當(dāng)于形成了?238 mm、?328 mm的擴孔鉆。

因擴孔鉆加工效率及穩(wěn)定性高于浮動刀加工，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，同時提高了加工效率。

3.2 高效珩磨技術(shù)研究及應(yīng)用

因擴孔鉆加工的內(nèi)孔粗糙度較差，內(nèi)孔一般留量2 mm，導(dǎo)致珩磨工作量大幅增加。以大孔為例，之前的加工方法是浮動刀加工至?329.5 mm孔徑，進行珩磨；改進后的加工方法是擴孔鉆將孔加工至?328 mm，進行珩磨，珩磨的工作量增加了3倍，珩磨加工的效率對整個深孔加工的效率影響很大。

傳統(tǒng)的珩磨作業(yè)，其去除量一般在0.5 mm以下，主要以達到較高表面粗糙度為目的。本文的高效珩磨技術(shù)要通過珩磨去除2 mm的余量，實際上是將精孔和磨孔加工合二為一。以?330 mm深孔加工為例，改進后的加工方法較傳統(tǒng)加工方法可節(jié)約加工時間8天，較大地提高了深孔的加工效率。

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

通過不斷試驗新型珩磨石在加工中的最佳技術(shù)參數(shù)，得出中心孔珩磨的相關(guān)參數(shù)為工件轉(zhuǎn)速3 rmin～4 rmin，珩磨頭轉(zhuǎn)速20 rmin～30 rmin，珩磨頭進給速度3.5 mmin～4.5 mmin。

改進后的高效珩磨技術(shù)突破了傳統(tǒng)意義上的珩磨加工，珩磨的去除量及加工效率有了巨大的進步，在實際應(yīng)用中，創(chuàng)造了半速轉(zhuǎn)子12 m深的大孔從?328 mm珩磨至?330 mm，僅用時4天。

3.3 臺階過渡處加工技術(shù)改進

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

在臺階孔底的拋磨過程中，設(shè)計制作了孔底磨頭，見圖4。在磨頭6個槽中安裝尼龍塊，然后將其尺寸車至與臺階孔底形狀相吻合，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，對中心孔窺視檢查結(jié)果影響很大。人工進入深孔擦孔，局限性大，安全性差，效率低。改進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)動螺母(1件)，驅(qū)動芯棒(1件)、螺栓銷(8件)、中心導(dǎo)向套(1件)、定位銷(1件)。

圖2 ?238 mm和?328 mm擴孔鉆Figure 2 ?238 mm reamer and ?328 mm reamer

圖3 粗精靠底刀Figure 3 Bottom blade with rough and finish machining

圖4 臺階孔底磨頭Figure 4 Grinding head of step type hole bottom

1—工作支臂 2—活動支承 3—固定支承 4—中心支承 5—主管體 6—扳手 7—驅(qū)動螺母 8—驅(qū)動芯棒 9—螺栓銷 10—中心導(dǎo)向套 11—定位銷圖5 擦孔裝置工作狀態(tài)Figure 5 Working situation of brush hole device

擦孔裝置使用的方法是，首先，通過旋轉(zhuǎn)驅(qū)動螺母使驅(qū)動芯棒向圖5左側(cè)方向運動，活動支承隨之向左側(cè)運動，4個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入，如圖6所示。待該裝置到達深孔臺階處后，旋轉(zhuǎn)驅(qū)動螺母使驅(qū)動芯棒向圖5右側(cè)方向運動，活動支承隨之向右側(cè)運動，4個工作支臂張開至設(shè)計尺寸，并完全貼靠于深孔臺階處，如圖5所示。通過旋轉(zhuǎn)扳手使整個裝置旋轉(zhuǎn)，工作支臂即可將深孔臺階處的油泥等雜質(zhì)有效清理，然后再通過旋轉(zhuǎn)驅(qū)動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，實現(xiàn)了安全高效的孔外擦孔作業(yè)。

圖6 擦孔裝置收縮狀態(tài)Figure 6 Shrinkage situation of brush hole device

4 結(jié)論

通過改進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，降低了操作者的勞動強度，提高了產(chǎn)品的加工質(zhì)量。