隨著多年來不斷地探索和發展 ， 我公司在大型鍛件深孔制造技術方面 ， 已經達到了極限制造的較高水平 。 但是 ， 當前的大型鍛件深孔制造技術仍然存在加工效率較低 , 有一定的質量安全隱患等問題 。 根據大量現場事實和加工經驗 ， 分析得出當前深孔加工技術存在的缺點 , 并有針對性地進行技術研究改進 , 提高了大型鈦鍛件產品的深孔加工效率 20% 以上 ， 同時也提高了產品的加工質量 。

1、產品概況

大型鍛件以某核電半速轉子為例 ， 材質25Cr2Ni4MoV, 長度為 15226 mm, 本體直徑 1955mm , 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 0.5mm, 如圖 1 所示 。

2、當前深孔加工現狀分析

分析得出當前深孔加工技術存在以下不足 ：

(1) 大型鍛件深孔加工中的半精孔 、 精孔采用浮動刀加工 。 傳統的浮動刀加工能夠提高內孔表面粗糙度 ， 利于后續磨孔 ， 但是其加工效率較低 ， 使擴孔環節耗時較長 。 而且在加工中會出現深孔跑偏及多邊形內孔的情況 , 導致反復修孔 ， 降低加工效率 ， 并存在加工質量風險 。

(2) 磨孔環節 , 傳統 X 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) 在精孔后的擦孔環節以及聯檢磁探后的擦孔環節 ， 臺階孔的臺階過渡處使用常規方法很難擦干凈 ， 使工作效率低 。 之前采用的方法是用繩子從大孔拉至內孔臺階過渡處進行人工擦孔 。

這項工作對人的形體 、 體質要求很高 ， 勞動強度非常大 , 同時效率低 。 而人進入直徑Ø330 mm 的深孔中作業 ， 存在很大的安全隱患 。

3、技術方案

3.1 半精孔環節加工方法改進

大型鈦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Ø240mm 小孔 ， 在套料達到Ø230 mm 孔徑后 ，使用浮動刀加工達到 Ø239.5 mm 孔徑 ， 最后進行X 磨 ; 加工Ø330mm 大孔 ， 在套料達到 Ø230 mm孔徑后 ， 先使用 Ø300mm 和 Ø320 mm 的擴孔鉆加工達到 Ø320 mm 孔徑 ， 然后使用浮動刀加工達到 Ø329.5mm 孔徑 ， 最后進行 X 磨 。 傳統的浮動刀加工效率較低 ， 且在加工中會出現深孔跑偏及多邊形內孔情況 , 導致反復修孔 ， 產品質量較低 。

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 Ø238 mm 、 Ø328 mm, 然后進行X 磨 。 通過在擴孔鉆刀座及導向鍵槽部位增加墊片 （ 見圖 2 ） ， 使 Ø230 mm 、 Ø320mm 的擴孔鉆分別能夠加工出Ø238mm 、 Ø328mm 的深孔 ， 相當于形成了Ø238 mm 、Ø328mm 的擴孔鉆 。

因擴孔鉆加工效率及穩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孔的質量風險 ， 同時提高了加工效率 。

3.2 高效 X 磨技術研究及應用

因擴孔鉆加工的內孔粗糙度較差 ， 內孔一般留量 2 mm, 導致 X 磨工作量大幅增加 。 以大孔為例 ， 之前的加工方法是浮動刀加工至 Ø329.5mm孔徑 , 進行 X 磨 ; 改進后的加工方法是擴孔鉆將孔加工至 Ø328 mm, 進行 X 磨 ， X 磨的工作量增加了 3 倍 , X 磨加工的效率對整個深孔加工的效率影響很大 。

傳統的 X 磨作業 ， 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 X 磨技術要通過 X 磨去除2mm 的余量 ，實際上是將精孔和磨孔加工合二為一 。 以 Ø330mm 深孔加工為例 ， 改進后的加工方法較傳統加工方法可節約加工時間 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 X 磨去除量大 、 效率高的加工特點 ， 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及幾種硫化物 , 其在X 磨去除量 、 耐磨性 、 穩定性方面有較大的優勢 。

通過不斷試驗新型 X 磨石在加工中的最佳技術參數 ， 得出中心孔 X 磨的相關參數為工件轉速3 r/min~4 r/min, X 磨頭轉速 20 r/min ~ 30 r/min,X 磨頭進給速度 3. 5 m/min~4.5 m/min 。

改進后的高效 X 磨技術突破了傳統意義上的X 磨加工 , X 磨的去除量及加工效率有了巨大的進步 , 在實際應用中 ， 創造了半速轉子 12 m 深的大孔從 Ø328 mm X 磨至 Ø330 mm, 僅用時 4 天 。

3.3 臺階過渡處加工技術改進

根據臺階孔結構重新設計靠底刀片 （ 見圖3 ） , 以提高臺階過渡處的加工質量及效率 。 使用粗靠和精靠相結合的加工方法 ， 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 ， 結合砂紙后可以很好地完成拋光作業 ， 高效率地達到表面粗糙度要求 。

3.4 擦孔裝置的制作及應用

中心孔臺階過渡處因其結構原因 ， 不能通過常規方法有效擦洗干凈 ， 對中心孔窺視檢查結果影響很大 。 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 ） ， 驅動螺母 （ 1件 ） ， 驅動芯棒 （ 1 件 ） 、 螺栓銷 （ 8 件 ） 、 中心導向套（ 1 件 ） 、 定位銷 （ 1 件 ）

擦孔裝置使用的方法是 , 首先 , 通過旋轉驅動螺母使驅動芯棒向圖 5 左側方向運動 ， 活動支承隨之向左側運動 ,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 ， 旋轉驅動螺母使驅動芯棒向圖 5 右側方向運動 ， 活動支承隨之向右側運動 ,4 個工作支臂張開至設計尺寸 ， 并完全貼靠于深孔臺階處 ， 如圖 5 所示 。 通過旋轉扳手使整個裝置旋轉 , 工作支臂即可將深孔臺階處的油泥等雜質有效清理 ， 然后再通過旋轉驅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 。 擦孔工裝的制作應用 ， 實現了安全高效的孔外擦孔作業 。

4、結論

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險 ， 降低了操作者的勞動強度 ， 提高了產品的加工質量 。

參考文獻

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