一種非圓截面復(fù)雜鑄件的加工方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種非圓截面復(fù)雜鑄件的加工方法。在鑄件加工面，通過工藝余量的設(shè)置與加工去除，建立各復(fù)雜型面之間的尺寸與形位關(guān)系，結(jié)合壁厚的測(cè)量，以加工后的外型面為基準(zhǔn)，對(duì)鑄件進(jìn)行全尺寸檢驗(yàn)，判定鑄件非加工面尺寸精度是否滿足后續(xù)加工要求；利用專用工裝減小鑄件熱處理變形；按熱處理檢測(cè)數(shù)據(jù)確定鑄件粗加工基準(zhǔn)，進(jìn)行后續(xù)加工；對(duì)鑄件制造各工序的變形趨勢(shì)及變形量進(jìn)行分析，對(duì)鑄件進(jìn)行預(yù)反變形設(shè)計(jì)，提高鑄件尺寸合格率。本發(fā)明屬于鑄造領(lǐng)域，本發(fā)明通用性強(qiáng)，適用于各種材質(zhì)、各種方法生產(chǎn)的復(fù)雜鑄件，鑄件精度等級(jí)可在原有鑄造方法的基礎(chǔ)上提高1-3個(gè)等級(jí)，提高加工成品率，降低能耗與零件制造成本，縮短制造周期。
【專利說明】—種非圓截面復(fù)雜鑄件的加工方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種鑄件的加工方法，更具體地涉及一種非圓截面復(fù)雜鑄件的加工方法，它適用于鋁合金、鎂合金等有色金屬和鑄鐵、鑄鋼、高溫合金等黑色金屬復(fù)雜鑄件加工領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著航空、航天、船舶、兵器、汽車等制造業(yè)的發(fā)展，過去許多分立的零件通過焊接或鉚接組成的部件，出于減輕結(jié)構(gòu)重量、降低成本或增加整體剛性和可靠性等需要，要求改為整體鑄造，鑄件的要求越來越精密、復(fù)雜、大型。
[0003]對(duì)于非圓截面類復(fù)雜零件，外型面、裝配面等高精度表面一般由后續(xù)機(jī)械加工保證，內(nèi)腔型面、難加工部位等表面由鑄造成形，內(nèi)外型面之間為零件壁厚。由于本身結(jié)構(gòu)的異型、非對(duì)稱性，鑄件尺寸精度保證難度大，原因如下:
[0004]1、在鑄件生產(chǎn)中，工藝流程長，工藝質(zhì)量控制難度大，并且凝固過程中鑄件各部位凝固順序、熱環(huán)境以及鑄型變形阻力均不同，鑄件尺寸精度較難保證；
[0005]2、在后續(xù)的熱處理、機(jī)械加工等工藝過程，受應(yīng)力影響，鑄件也會(huì)發(fā)生不同程度的變形，變形趨勢(shì)及大小難以預(yù)測(cè)。
[0006]一般來說，鑄件經(jīng)機(jī)械加工去除機(jī)械加工余量后獲得零件，但對(duì)于非圓截面復(fù)雜鑄件，由于各部位結(jié)構(gòu)尺寸關(guān)聯(lián)性強(qiáng)，在各工序檢驗(yàn)中，傳統(tǒng)的尺檢、劃線等尺寸檢驗(yàn)方法存在盲區(qū)，無法全面、準(zhǔn)確反應(yīng)鑄件實(shí)際尺寸精度與形位公差，因此，在機(jī)械加工后零件時(shí)常出現(xiàn)局部壁薄問題，無法滿足零件圖紙要求，并且壁薄的位置呈現(xiàn)很大的分散性，直接原因往往不能確定。造成了非圓截面復(fù)雜鑄件在鑄造及后續(xù)加工過程中，極易由于尺寸超差導(dǎo)致報(bào)廢，零件成品率低，制造成本高。若采取非加工鑄造面增加工藝補(bǔ)貼的方式又會(huì)造成零件重量大幅度超出設(shè)計(jì)指標(biāo)，甚至?xí)绊懥慵氖褂?。所以，該類鑄件加工過程中，鑄件尺寸檢測(cè)及精度控制是鑄造領(lǐng)域的難點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明公開了一種非圓截面復(fù)雜鑄件加工方法，旨在提供一種能有效克服復(fù)雜鑄件尺寸檢測(cè)與精度控制的難點(diǎn)，保證各工序尺寸精度要求，通用性強(qiáng)的鑄件加工方法。
[0008]本發(fā)明采用工藝方法是按如下的步驟進(jìn)行的:
[0009](I)工藝余量設(shè)計(jì):在鑄件設(shè)計(jì)中，除按常規(guī)在零件加工面設(shè)置機(jī)械加工余量外，在鑄件的加工面，再額外增加一定厚度的金屬層余量作為工藝余量，也即再額外設(shè)置工藝余量。工藝余量的大小與鑄件結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度、加工難易程度等因素有關(guān)，在滿足步驟(2)要求的基礎(chǔ)上，盡量選取最小值。工藝余量一般設(shè)置為0.1mm?6_。
[0010](2)工藝余量去除:鑄件鑄出后，在熱處理前增加一道工序鑄件粗加工，按加工基準(zhǔn)對(duì)鑄件各加工面進(jìn)行機(jī)械加工，去除步驟(I)設(shè)置的工藝余量，使鑄件外表面均機(jī)械加工到無鑄造黑皮，通過機(jī)械加工，使鑄件各加工面建立尺寸與形位關(guān)聯(lián)，在鑄件各加工面形成精確的機(jī)械加工型面。
[0011]該機(jī)械加工型面可作為后續(xù)測(cè)量的基準(zhǔn)面，結(jié)合鑄件壁厚的測(cè)量數(shù)據(jù)，與理論壁厚進(jìn)行比對(duì)，判定鑄件鑄態(tài)、熱處理態(tài)機(jī)械加工余量是否滿足后續(xù)加工要求。
[0012](3)鑄件檢測(cè):以步驟(2)加工后鑄件的機(jī)械加工型面為基準(zhǔn)，采用劃線、尺檢、超聲波、卡鉗等檢測(cè)工具，對(duì)鑄件進(jìn)行全尺寸檢驗(yàn)，結(jié)合鑄件壁厚的測(cè)量數(shù)據(jù)，將實(shí)際壁厚與理論壁厚，也即零件壁厚和機(jī)械加工余量之和，進(jìn)行比對(duì)，判定鑄件非加工面尺寸精度是否滿足后續(xù)加工要求:若局部實(shí)際壁厚小于理論壁厚，根據(jù)制造驗(yàn)收要求，對(duì)于該局部壁薄可采取校形或補(bǔ)焊等措施進(jìn)行補(bǔ)救；若局部實(shí)際壁厚大于理論壁厚，對(duì)于該局部超厚點(diǎn)可采取打磨等措施進(jìn)行減重；對(duì)于無法補(bǔ)救的鑄件在鑄造工序報(bào)廢。
[0013](4)熱處理與變形控制:確定的機(jī)械加工型面給熱處理變形控制與校形帶來很大便利。對(duì)步驟(3)加工處理后的鑄件進(jìn)行熱處理；熱處理后，根據(jù)檢測(cè)樣板、刀口尺、平板等檢測(cè)工具，對(duì)機(jī)械加工型面進(jìn)行測(cè)量，根據(jù)加工面尺寸偏差，判定鑄件熱處理變形控制是否滿足后續(xù)加工要求，對(duì)于超差鑄件進(jìn)行校正，校正時(shí)可采用專用的校形、維形工裝對(duì)鑄件尺寸進(jìn)行校正，對(duì)于無法挽救鑄件在熱處理工序報(bào)廢。
[0014]可設(shè)計(jì)、使用專用工裝抑制鑄件熱處理變形。熱處理時(shí)針對(duì)機(jī)械加工外型面，可利用專用熱處理工裝、檢測(cè)工裝、校形工裝、維形工裝等，減小鑄件熱處理變形。步驟(2)中形成的機(jī)械加工型面，還可作為后續(xù)熱處理工裝、校形、維形的基準(zhǔn)面。
[0015](5)機(jī)械加工:按熱處理檢測(cè)數(shù)據(jù)確定粗加工基準(zhǔn)，進(jìn)行后續(xù)機(jī)械加工。
[0016]在上述方案的基礎(chǔ)上，還可進(jìn)行工藝補(bǔ)償:
[0017]對(duì)一定數(shù)量鑄件的檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、分析，這樣可全面、精確的反應(yīng)鑄件的尺寸變化情況，對(duì)于鑄件尺寸呈現(xiàn)規(guī)律性變化的部位，在步驟(I)中，通過修改調(diào)整鑄件設(shè)計(jì)中非加工鑄造型面的形狀與尺寸，進(jìn)行預(yù)反變形工藝補(bǔ)償，通過工藝循環(huán)改進(jìn)，不斷提高后續(xù)生產(chǎn)鑄件的尺寸精度。
[0018]本發(fā)明的有益效果:
[0019]1、由于本發(fā)明在鑄件外型面增加一定厚度的工藝余量，機(jī)械加工去除后，從而可建立各復(fù)雜型面之間的尺寸與形位關(guān)系，因而也大大降低了鑄件尺寸超差導(dǎo)致的報(bào)廢率。
[0020]2、建立各復(fù)雜型面之間的尺寸與形位關(guān)系后，通過實(shí)際壁厚的測(cè)量，可全面反映非加工鑄造表面尺寸精度與形位精度，量化了各工序的檢驗(yàn)要求，對(duì)尺寸問題提前判定、處理，降低后續(xù)成本。
[0021]3、粗加工后外型面尺寸精確、表面光滑，為熱處理工裝設(shè)計(jì)、裝卡帶來很大便利；并且根據(jù)確定的型面可設(shè)計(jì)專用檢測(cè)量器具、校形與維形工裝，通過對(duì)機(jī)加型面的快速測(cè)量，間接反應(yīng)鑄件的變形趨勢(shì)及校形效果，提高產(chǎn)品的使用率。
[0022]4、本方法提高了鑄件鑄態(tài)及其后續(xù)加工過程的檢測(cè)質(zhì)量，檢測(cè)數(shù)據(jù)為后續(xù)工藝、工裝優(yōu)化提供了數(shù)據(jù)支持。
[0023]5、本方法通用性強(qiáng)，適用于各種材質(zhì)、各種方法生產(chǎn)的復(fù)雜鑄件，尺寸精度可在原有方法的基礎(chǔ)上提聞1_3個(gè)等級(jí)，提聞復(fù)雜鑄件的加工成品率，大幅度降低復(fù)雜零件的廣品制造成本，降低了能耗，縮短制造周期。
【專利附圖】

【附圖說明】[0024]圖1是復(fù)雜鋁合金鑄件未加工前截面示意圖
[0025]圖2是圖1的局部放大圖
[0026]圖3是復(fù)雜鋁合金鑄件粗加工后截面示意圖
[0027]圖4是圖3的局部放大圖
[0028]圖中標(biāo)記分別表示:1一零件輪廓，2—機(jī)械加工余量,3—工藝余量。
【具體實(shí)施方式】
[0029]下面，結(jié)合附圖和具體實(shí)施例，對(duì)發(fā)明的實(shí)施方式作進(jìn)一步的說明。
[0030]實(shí)施例1
[0031]現(xiàn)以一較佳的可行實(shí)施例并配合附圖詳細(xì)說明如下:
[0032]以馬鞍形鋁合金零件為典型件，材質(zhì)ZL114A，T6熱處理，長度為1100mm，典型截面尺寸如圖1所示，零件由內(nèi)外兩個(gè)圓弧以及三個(gè)平面構(gòu)成，內(nèi)腔狹長，蒙皮壁厚
2.5±0.5mm,小平面壁厚2.5±0.5mm,大平面壁厚4±0.5mm,外徑R270mm，內(nèi)徑R220mm，內(nèi)外圓弧不同心。由于鑄件結(jié)構(gòu)尺寸大，截面異形，在鑄造、熱處理及后續(xù)加工過程中，容易出現(xiàn)圓弧面的收張以及平面的扭曲，造成按理論輪廓加工時(shí)，零件壁厚不均勻，經(jīng)常由于局部壁薄超差導(dǎo)致零件的報(bào)廢，零件加工合格率低。
[0033]【具體實(shí)施方式】按如下工藝步驟進(jìn)行:
[0034](I)工藝余量設(shè)計(jì):零件內(nèi)腔狹小，無法加工，內(nèi)腔型面由鑄造直接成形，外型面全為機(jī)械加工表面，如圖1所示，在零件外表面除按常規(guī)設(shè)計(jì)增加了機(jī)械加工余量+5mm以外，還增加了 +2mm厚的工藝余量層。鑄件理論尺寸:外徑R277mm，內(nèi)徑R213mm，蒙皮、小平面壁厚為9.5mm，大平面壁厚為Ilmm ;根據(jù)鑄件設(shè)計(jì)圖，進(jìn)行鑄造工藝與鑄造工裝設(shè)計(jì)，工裝齊套后，組織鑄件生產(chǎn)。
[0035](2)工藝余量去除:鑄件鑄出后，鑄件實(shí)際尺寸與理論尺寸存在一定的偏差，因此，在熱處理前增加鑄件粗加工工序，按基準(zhǔn)找正，通過車、鏜、銑等工序，去除工藝余量+2mm，截面形狀如圖2所示。粗加工后，各外型面之間建立了精確的尺寸與形位關(guān)聯(lián):鑄件外徑為R275mm,內(nèi)徑為R215mm，蒙皮和小平面理論壁厚為7.5臟、大平面理論壁厚為9mm。
[0036](3)鑄件檢測(cè):采用劃線、尺檢確定鑄件凸臺(tái)、筋條位置尺寸，采用超聲波壁厚測(cè)量?jī)x測(cè)量鑄件蒙皮與平面壁厚，通過與各型面理論壁厚比較，判斷鑄件非加工內(nèi)腔表面是否滿足后續(xù)加工要求。對(duì)于超差鑄件，根據(jù)檢測(cè)結(jié)果與驗(yàn)收要求，進(jìn)行補(bǔ)焊、校形、打磨、報(bào)廢等處理。
[0037](4)熱處理檢測(cè)與變形控制:鑄件進(jìn)行T6熱處理，使用熱處理專用工裝約束各機(jī)加外型面，后端面使用堵盤固定，從后向前使用4個(gè)卡盤，堵盤和卡盤之間使用拉桿連為整體，預(yù)留間隙0.5mm，約束徑向及扭曲變形；固溶后采用R275.5和R214.5樣板檢+塞尺快速測(cè)量圓弧面符合度，采用刀口尺、平臺(tái)快速檢測(cè)大平面和小平面的平面度，對(duì)于超差部位可采用拉桿、撐桿、成型墊板、油壓機(jī)等工具進(jìn)行校形；校形后裝入維形工裝后進(jìn)行時(shí)效處理，大平面部位整體貼敷，外圓弧、內(nèi)圓弧與小平面預(yù)留間隙0.3_。鑄件熱處理變形可控制在0.5臟以內(nèi)；
[0038](5)機(jī)械加工:按熱處理檢測(cè)數(shù)據(jù)確定基準(zhǔn)，進(jìn)行鑄件的粗加工，后續(xù)工序可根據(jù)壁厚檢測(cè)數(shù)據(jù)情況，微調(diào)精加工基準(zhǔn)，進(jìn)行壁厚補(bǔ)償；[0039](6)工藝補(bǔ)償:該零件加工10件后，對(duì)各工序檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析，零件圓弧呈現(xiàn)向外張開的趨勢(shì)；對(duì)鑄件內(nèi)腔鑄造型面進(jìn)行了調(diào)整，對(duì)內(nèi)圓弧按變形大小補(bǔ)貼增厚
0.5mm?1.5mm,外圓弧減薄0.5mm?I mm。經(jīng)生產(chǎn)驗(yàn)證,鑄件尺寸滿足后續(xù)加工制造要求。鑄件加工合格率由25%提高到80%以上。
[0040]本方法經(jīng)過實(shí)際生產(chǎn)測(cè)試，對(duì)于非圓截面復(fù)雜鑄件研制，可產(chǎn)生很大的經(jīng)濟(jì)效益，具有很強(qiáng)的應(yīng)用前景。
[0041]以上所述僅為本發(fā)明的較佳可行實(shí)施例，并非因此局限本發(fā)明的專利范圍，故凡是運(yùn)用本發(fā)明說明書及附圖內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)變化，均包含于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種非圓截面復(fù)雜鑄件加工方法，包括如下步驟: (1)工藝余量設(shè)計(jì):在鑄件設(shè)計(jì)中，除按常規(guī)在零件加工面設(shè)置機(jī)械加工余量外，在鑄件的加工面，再額外設(shè)置工藝余量； (2)工藝余量去除:鑄件鑄出后，按加工基準(zhǔn)對(duì)鑄件各加工面進(jìn)行機(jī)械加工，去除步驟(I)設(shè)置的工藝余量，使鑄件各加工面建立尺寸與形位關(guān)聯(lián)，在鑄件各加工面形成精確的機(jī)械加工型面； (3)鑄件檢測(cè):以步驟(2)加工后鑄件的機(jī)械加工型面為基準(zhǔn)，對(duì)鑄件進(jìn)行全尺寸檢驗(yàn)，判定鑄件非加工面尺寸精度是否滿足后續(xù)加工要求； (4)熱處理與變形控制:對(duì)步驟(3)加工處理后的鑄件進(jìn)行熱處理，對(duì)機(jī)械加工型面進(jìn)行測(cè)量，根據(jù)加工面尺寸偏差，判定鑄件熱處理變形控制是否滿足后續(xù)加工要求，對(duì)于超差鑄件進(jìn)行校正； (5)機(jī)械加工:按熱處理檢測(cè)數(shù)據(jù)確定粗加工基準(zhǔn)，進(jìn)行后續(xù)機(jī)械加工。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非圓截面復(fù)雜鑄件加工方法，其特征在于， 步驟(I)中所述的工藝余量設(shè)置為0.1mm?6mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非圓截面復(fù)雜鑄件加工方法，其特征在于， 步驟(2)中所述的機(jī)械加工型面可作為后續(xù)測(cè)量的基準(zhǔn)面，結(jié)合鑄件壁厚的測(cè)量數(shù)據(jù)，與理論壁厚進(jìn)行比對(duì)，判定鑄件鑄態(tài)、熱處理態(tài)機(jī)械加工余量是否滿足后續(xù)加工要求。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非圓截面復(fù)雜鑄件加工方法，其特征在于， 步驟(3)中，對(duì)鑄件進(jìn)行全尺寸檢驗(yàn)后，將實(shí)際壁厚與理論壁厚進(jìn)行比對(duì)，若局部實(shí)際壁厚小于理論壁厚，對(duì)該局部壁薄采取校形或補(bǔ)焊措施進(jìn)行補(bǔ)救；若局部實(shí)際壁厚大于理論壁厚，對(duì)該局部超厚點(diǎn)采取打磨措施進(jìn)行減重。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非圓截面復(fù)雜鑄件加工方法，其特征在于，在步驟2中形成的機(jī)械加工型面，作為后續(xù)熱處理工裝、校形、維形的基準(zhǔn)面。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非圓截面復(fù)雜鑄件加工方法，其特征在于，對(duì)于鑄件尺寸呈現(xiàn)規(guī)律性變化的部位，在步驟(I)中，通過修改調(diào)整鑄件設(shè)計(jì)中非加工鑄造型面的形狀與尺寸，進(jìn)行預(yù)反變形工藝補(bǔ)償。
【文檔編號(hào)】B23P15/00GK103831579SQ201210473172
【公開日】2014年6月4日 申請(qǐng)日期:2012年11月20日 優(yōu)先權(quán)日:2012年11月20日
【發(fā)明者】李智偉, 劉新超, 邊毅, 孫建新 申請(qǐng)人:北京航星機(jī)器制造公司