CN114367792B - 一种特大型掘进机主轴承保持架的加工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种特大型掘进机主轴承保持架的加工方法，包括：步骤S1：铸造保持架毛坯铸件：将电解铜板、镍板和铜合金进行熔炼，然后将熔炼好的铜水进行固溶处理；将固溶处理后的半固半液态进行连铸拉拔成形，并在校直轨道进行校直成形；经过时效处理后，根据保持架的尺寸要求将连铸拉拔出的长板截成小段，得到多段毛坯铸件；步骤S2：对毛坯铸件依次进行粗铣、时效去应力和精铣加工，完成单段毛坯铸件加工。本发明采用熔炼、连铸拉拔的铸造工艺铸造出的毛坯铸件在机械性能、毛坯铸件合格率上效果显著，解决青铜为主要材质的保持架从铸坯件到机加成形难度大的问题，加工出的保持架表面质量好，加工精度高，满足特大型保持架的加工需求。
Description
技术领域
本发明涉及掘进机主轴承技术领域，具体涉及一种特大型掘进机主轴承保持架的加工方法。
背景技术
隧道掘进机施工是在我国城市地铁隧道、过江河公路隧道、过江输水或输气管道施工的主要方法，作为隧道掘进机核心部件之一的主驱动轴承为刀盘旋转提供扭矩同时，还承受推进***的全部推力，掘进机主轴承主要由轴承内外圈、三排滚动体及保持架组成，其中保持架使滚动体均匀的分布在整个轴承内，以优化载荷分布和降低摩擦发热。
目前传统的轴承保持架按材料可以分为金属保持架、非金属保持架及复合材料保持架等。其中金属保持架主要包括钢保持架、有色金属保持架，非金属保持架主要包括尼龙、酚醛胶布、聚四氟乙烯等。按加工制造方法可以分为压铸保持架和塑铸法制造保持架，但压铸保持架时需大型模具并且成形保持架在承受冲击、震动和速度多变的情况时寿命较低，塑铸保持架由于塑料本身所存在的热变形、老化及脆裂等缺点使得塑铸保持架在应用领域受到较大限制。保持架一般采用分段扇形或整体式结构，分体式设计主要考虑到可加工性，整体式设计有助于提升摩擦、运转和承载等性能。
特大型掘进机主轴承尺寸一般在φ3m-φ7m之间，由于保持架在拉伸强度、屈服强度、伸长率、布氏硬度、冲击功等力学性能有硬性指标要求，传统的轴承保持架生产加工方法不适用于特大型掘进机主轴承保持架的加工，主要存在的技术问题是：1、特大型掘进机主轴承全铜保持架的尺寸较大，采用整体成形式加工方法加工难度大、成品变形较大；2、特大型掘进机主轴承全铜保持架的原材料主要成分为青铜，传统的铜板采用模铸的铸造工艺，该工艺铸造出的坯件内部组织性能较差，存在气孔、裂纹等缺陷。因此，由于原材料的特殊性及对产品性能较高的要求，特大型掘进机全铜保持架从最开始铸胚件到机加成形都具有较大难度。
综上所述，急需一种特大型掘进机主轴承保持架的加工方法以解决现有技术中存在的问题。
发明内容
本发明目的在于提供一种特大型掘进机主轴承保持架的加工方法，旨在解决特大型掘进机主轴承保持架的加工问题，具体技术方案如下：
一种特大型掘进机主轴承保持架的加工方法，包括以下步骤：
步骤S1：铸造保持架毛坯铸件：将电解铜板、镍板和铜合金进行熔炼，然后将熔炼好的铜水进行固溶处理；将固溶处理后的半固半液态进行连铸拉拔成形，并在校直轨道进行校直成形；经过时效处理后，根据保持架的尺寸要求将连铸拉拔出的长板截成小段，得到多段毛坯铸件；
步骤S2：对毛坯铸件依次进行粗铣、时效去应力和精铣加工，完成单段毛坯铸件加工。
根据权利要求1所述的特大型掘进机主轴承保持架的加工方法，其特征在于，所述步骤S1中：熔炼温度为1200-1250℃；待温度冷却到800-900℃时进行连铸拉拔成形；时效处理为24-48小时。
以上技术方案中优选的，所述步骤S2具体如下：
步骤S2.1：装夹固定：将毛坯铸件水平放置在工作台上，并用装夹工装固定；
步骤S2.2：加工正面定位孔：用丝锥在毛坯铸件正面支腿的余量位置开设定位螺纹孔；
步骤S2.3：加工反面定位孔：将毛坯铸件翻转，装夹毛坯铸件，并用步骤S2.2加工的定位螺纹孔固定；用面铣刀铣削毛坯铸件的反面支腿部分，用丝锥在毛坯铸件反面支腿的余量位置开设定位螺纹孔；
步骤S2.4：反面粗铣加工：用立铣刀铣削反面支腿周围的余量，再用面铣刀铣削毛坯铸件反面端面余量，用立铣刀铣削兜孔且兜孔不完全铣通，用立铣刀铣削毛坯铸件的四周侧面；
步骤S2.5：正面粗铣加工：将毛坯铸件翻转，装夹毛坯铸件，并用步骤S2.3加工出来的定位螺纹孔固定；用立铣刀铣削正面支腿周围的余量，用面铣刀铣削毛坯铸件正面端面，正面端面余量铣削完成后，兜孔打通，至此粗铣结束；
步骤S2.6：时效去应力：粗铣完成后将毛坯铸件放置在干燥通风处进行时效去应力；
步骤S2.7：正反面精铣：精铣端面、支腿四周、兜孔内壁以及四周侧面的余量；
步骤S2.8：去除毛刺，并对棱角进行倒角；
步骤S2.9：在连接块处沿径向加工螺纹孔，至此单段毛坯铸件加工完成，得到单段的保持架单体。
以上技术方案中优选的，所述步骤S2.4中兜孔留有7-9mm厚度的余量。
以上技术方案中优选的，所述步骤S2.6中进行至少7天的时效去应力。
以上技术方案中优选的，所述步骤S2.7中，精铣时毛坯铸件通过装夹工装进行固定。
以上技术方案中优选的，所述步骤S2.2和步骤S2.3加工出来的定位螺纹孔均在步骤S2.7精铣时铣去。
以上技术方案中优选的，所述步骤S2.8具体是：用毛刺刀去除所有尖角毛刺，用倒角刀对兜孔、支腿和引导块的棱角进行R2倒角，其余棱角均进行R1倒角。
以上技术方案中优选的，所述螺纹孔用于相邻保持架单体之间连接。
应用本发明的技术方案，具有以下有益效果：
本发明采用熔炼、连铸拉拔的铸造工艺铸造出的毛坯铸件在机械性能、毛坯铸件合格率上效果显著，解决青铜为主要材质的保持架从铸坯件到机加成形难度大的问题，采用连铸拉拔工艺有利于金属的晶粒细化，提高产品的综合性能，连铸拉拔是一种节约型加工技术并且能获得高精度和高表面质量；本发明的加工方法加工出的保持架表面质量好，加工精度高，提高了保持架的耐磨性和使用寿命，满足特大型保持架的加工需求。
在毛坯铸件的正反两面均开设定位螺纹孔，配合装夹工装，使得加工过程中毛坯铸件更加稳固不会产生位移，保证了加工精度，在精铣时将定位螺纹孔铣除，不影响整体成品。由于毛坯去除率达75％，粗铣结束后进行时效去应力，可以保证产品加工精度。
相比于常见分段保持架后期装配无相互连接，本发明在保持架本体的两端设置连接块，且在连接块上设置螺纹孔，后续每段保持架单体装配时相互进行螺栓连接，可有效避免保持架单体之间的摩擦和碰撞。
除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是保持架的主视图；
图2是保持架的侧视图；
其中，1、保持架本体，2、引导块，3、兜孔，4、支腿，5、连接块。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将对本发明进行更全面的描述，并给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。
实施例1：
本实施例提供了一种特大型掘进机主轴承保持架的加工方法，具体是直径在φ3m-φ7m之间的掘进机主轴承保持架的加工方法。
参见图1和图2，本实施例中的保持架由多段保持架单体首尾相接组成，所述保持架单体包括保持架本体1、引导块2、兜孔3、支腿4和连接块5，所述引导块2设置于保持架本体1的内径侧和外径侧，所述保持架本体1上设有多个兜孔3，所述兜孔贯穿保持架本体的厚度方向，所述保持架本体1的两端面均设有支腿4，所述保持架本体1长度方向的两端均设有连接块5，所述连接块5与保持架本体1的端部构成L形，所述连接块5用于相邻保持架单体之间连接。
本实施例采用连铸拉拔的铸造方法进行胚件成形、然后采用机加工得到保持架单体，所述加工方法具体包括以下步骤：
步骤S1：铸造保持架毛坯铸件：将电解铜板、镍板和铜合金(即青铜合金)加入感应炉中进行熔炼，熔炼温度为1200-1250℃，然后将熔炼好的铜水倒入连铸拉拔冷却炉中进行固溶处理，待温度冷却到800-900℃，将固溶处理后的半固半液态进行连铸拉拔成形，并在校直轨道进行校直成形；经过24-48小时的时效处理后，根据保持架的尺寸要求将连铸拉拔出的长板截成小段，得到多段毛坯铸件；
采用熔炼、连铸拉拔的铸造工艺铸造出的毛坯铸件在机械性能、毛坯铸件合格率上效果显著，采用青铜为主要原材料的全铜保持架耐磨性、使用寿命高；本领域人员知晓，连铸拉拔工艺对于熔炼温度、冷却水温控制等具有较高要求，因此该工艺具有较大的难度，步骤S1中的熔炼、连铸拉拔和时效处理的参数选择至关重要，根据多次试验结果表明不选用本实施例中的数值，连铸拉拔出的铜板会有气孔、裂纹、力学性能不足等缺陷问题。关于电解铜板、镍板和铜合金的配比请参见现有技术(具体可以参见现有全铜保持架的成分配比)。
步骤S2：对毛坯铸件依次进行粗铣、时效去应力和精铣加工，完成单段毛坯铸件加工。
优选的，所述步骤S2具体如下：
步骤S2.1：装夹固定：将毛坯铸件水平放置在数控机床工作台上，并用装夹工装固定，装夹时保证毛坯铸件的长度方向与工作台的X轴方向同向；
步骤S2.2：加工正面定位孔：用丝锥在毛坯铸件正面支腿的余量位置开设定位螺纹孔；
步骤S2.3：加工反面定位孔：将毛坯铸件翻转，装夹毛坯铸件，并用步骤S2.2加工的定位螺纹孔固定；用面铣刀铣削毛坯铸件的反面支腿部分，用丝锥在毛坯铸件反面支腿的余量位置开设定位螺纹孔；
步骤S2.4：反面粗铣加工：用立铣刀铣削反面支腿周围的余量，再用面铣刀铣削毛坯铸件反面端面余量，用立铣刀铣削兜孔且兜孔不完全铣通，兜孔预留7-9mm厚度的余量，用立铣刀铣削毛坯铸件的四周侧面(四周侧面指的是保持架本体与连接块的四周侧面)；
步骤S2.5：正面粗铣加工：将毛坯铸件翻转，装夹毛坯铸件，并用步骤S2.3加工出来的定位螺纹孔固定；用立铣刀铣削正面支腿周围的余量，用面铣刀铣削毛坯铸件正面端面，正面端面余量铣削完成后，兜孔打通，至此粗铣结束；
步骤S2.6：时效去应力：粗铣完成后将毛坯铸件放置在干燥通风处进行至少7天的时效去应力，避免保持架单体发生形变；
步骤S2.7：正反面精铣：精铣两个端面、所有支腿四周、所有兜孔内壁以及四周侧面的余量；精铣过程中同样通过翻转毛坯铸件实现进行全面的精铣，所述步骤S2.7中，精铣时毛坯铸件通过装夹工装进行固定；所述步骤S2.2和步骤S2.3加工出来的定位螺纹孔均在步骤S2.7精铣时铣去。粗铣完成后保持架单体已经基本成形，精铣只需去除少量余量，保证保持架单体表面粗糙度要求。
步骤S2.8：去除毛刺，并对棱角进行倒角，具体是：用毛刺刀去除所有尖角毛刺，用倒角刀对兜孔、支腿和引导块的棱角进行R2倒角，其余棱角均进行R1倒角。
步骤S2.9：在连接块处沿径向加工螺纹孔，至此单段毛坯铸件加工完成，得到单段的保持架单体。优选的，所述螺纹孔用于相邻保持架单体之间连接，相邻保持架单体之间通过螺栓固定即可，可有效避免保持架单体之间相互的摩擦和碰撞。
本实施例中优选的，所述定位螺纹孔的直径为10mm，深为20mm。本实施例的加工方法，粗铣时对毛坯铸件的去除量很大，采用装夹工装配合定位螺纹孔进行固定，保证粗铣过程中毛坯铸件被稳定固定；而精铣时的去除量小，采用装夹工装进行固定即可，同时可以将定位螺纹孔铣削掉，不影响后续保持架单体的成品质量。
本实施例中的毛坯铸件长1800mm、宽150mm，且保持架在拉伸强度、屈服强度、伸长率、布氏硬度、冲击功等力学性能有硬性指标要求，传统的铜板铸造工艺无法满足，会存在裂纹、缩孔等问题。本实施例采用熔炼、连铸拉拔的铸造工艺铸造出的毛坯铸件在机械性能、毛坯铸件合格率上效果显著，本实施例的加工方法加工出的保持架表面质量好，加工精度高，提高了保持架的耐磨性和使用寿命。
所述保持架单体的正反面均一样，本实施例中的正面、反面只是为了区分加工的先后，对于保持架单体的结构没有影响，更不会对加工方法构成限定。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种特大型掘进机主轴承保持架的加工方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1：铸造保持架毛坯铸件：将电解铜板、镍板和铜合金进行熔炼，然后将熔炼好的铜水进行固溶处理；将固溶处理后的半固半液态进行连铸拉拔成形，并在校直轨道进行校直成形；经过时效处理后，根据保持架的尺寸要求将连铸拉拔出的长板截成小段，得到多段毛坯铸件；
步骤S2：对毛坯铸件依次进行粗铣、时效去应力和精铣加工，完成单段毛坯铸件加工；
所述步骤S1中：熔炼温度为1200-1250℃；待温度冷却到800-900℃时进行连铸拉拔成形；时效处理为24-48小时；
所述步骤S2具体如下：
步骤S2.1：装夹固定：将毛坯铸件水平放置在工作台上，并用装夹工装固定；
步骤S2.2：加工正面定位孔：用丝锥在毛坯铸件正面支腿的余量位置开设定位螺纹孔；
步骤S2.3：加工反面定位孔：将毛坯铸件翻转，装夹毛坯铸件，并用步骤S2.2加工的定位螺纹孔固定；用面铣刀铣削毛坯铸件的反面支腿部分，用丝锥在毛坯铸件反面支腿的余量位置开设定位螺纹孔；
步骤S2.4：反面粗铣加工：用立铣刀铣削反面支腿周围的余量，再用面铣刀铣削毛坯铸件反面端面余量，用立铣刀铣削兜孔且兜孔不完全铣通，用立铣刀铣削毛坯铸件的四周侧面；
步骤S2.5：正面粗铣加工：将毛坯铸件翻转，装夹毛坯铸件，并用步骤S2.3加工出来的定位螺纹孔固定；用立铣刀铣削正面支腿周围的余量，用面铣刀铣削毛坯铸件正面端面，正面端面余量铣削完成后，兜孔打通，至此粗铣结束；
步骤S2.6：时效去应力：粗铣完成后将毛坯铸件放置在干燥通风处进行时效去应力；
步骤S2.7：正反面精铣：精铣端面、支腿四周、兜孔内壁以及四周侧面的余量；
步骤S2.8：去除毛刺，并对棱角进行倒角；
步骤S2.9：在连接块处沿径向加工螺纹孔，至此单段毛坯铸件加工完成，得到单段的保持架单体。
2.根据权利要求1所述的特大型掘进机主轴承保持架的加工方法，其特征在于，所述步骤S2.4中兜孔留有7-9mm厚度的余量。
3.根据权利要求1所述的特大型掘进机主轴承保持架的加工方法，其特征在于，所述步骤S2.6中进行至少7天的时效去应力。
4.根据权利要求1所述的特大型掘进机主轴承保持架的加工方法，其特征在于，所述步骤S2.7中，精铣时毛坯铸件通过装夹工装进行固定。
5.根据权利要求4所述的特大型掘进机主轴承保持架的加工方法，其特征在于，所述步骤S2.2和步骤S2.3加工出来的定位螺纹孔均在步骤S2.7精铣时铣去。
6.根据权利要求1所述的特大型掘进机主轴承保持架的加工方法，其特征在于，所述步骤S2.8具体是：用毛刺刀去除所有尖角毛刺，用倒角刀对兜孔、支腿和引导块的棱角进行R2倒角，其余棱角均进行R1倒角。
7.根据权利要求1所述的特大型掘进机主轴承保持架的加工方法，其特征在于，所述螺纹孔用于相邻保持架单体之间连接。
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