扇形板的加工工艺与工装设计

扇形板的加工工艺与工装设计
刘顺锋
【摘要】本文对有色金属带材拉弯矫设备中开卷机和卷取机卷筒的扇形板在加工过程中的工艺路线、加工难点、关键工艺进行了分析总结,并设计了加工中所需工装,为保证扇形板的加工质量提供参考.
【期刊名称】《有色金属加工》
【年(卷),期】2013(042)004
【总页数】4页(P47-49,20)
【关键词】扇形板;加工工艺;工装设计;卷筒;开卷机;卷取机;拉弯矫
【作者】刘顺锋
【作者单位】中色科技股份有限公司,河南洛阳471039
【正文语种】中文
【中图分类】TG333.2+4
闭式四斜楔卷筒结构简单，形状对称，动平衡性能好，能达到较高的带材开卷、卷取速度。

正是由于闭式四斜楔卷筒的以上优点，闭式四斜楔卷筒在现代化高速带材拉弯矫设备中得到了广泛运用。

卷筒是开卷机和卷取机的关键部件，扇形板是卷筒的关键零件。

扇形板具有形状复杂、加工难度大、工序繁琐、所需加工工装多等特点。

1 零件详情
现以某项目的1550冷轧拉弯矫设备中卷取机卷筒的扇形板为例，质量为260KG，材质为42CrMo，工件探伤质量要求符合JB/T5000.15～2007标准质量等级2级，2-15°±0.2′粗糙度1.6斜面要求精加工后氮化处理，氮化层深0.3～0.5mm，硬度HV550～600，每件卷筒有四件扇形板。

扇形板见图1。

图1 扇形板Fig.1 Sector plate
2 难点分析
①单件扇形板的Φ608±0.5圆弧不是整圆，且要求四件扇形板的Φ608±0.5圆弧
尺寸一致。

组装后卷筒在真圆状态时四件扇形板的Φ608±0.5圆弧与卷筒空心主
轴安装轴承处的外圆同轴度要求在0.03以内。

综合上述要求四块扇形板的
Φ608±0.5圆弧只能与卷筒其他部件组装后同加工。

②四块扇形板的Φ608±0.5圆弧与卷轴其他部件装配后只能在卷轴处于真圆状态
时加工(处于缩小状态和胀大状态时卷筒外圆轮廓都不是圆)，如何确定卷筒处于真圆状态以及如何锁定卷筒的真圆状态(即卷筒的真圆状态在加工过程中不会变动)也是难点之一。

③卷筒组装后可用卷筒右端主轴端盖上的中心孔作为卷筒右端的装卡基准，由于结构限制卷筒左端无法打中心孔(即卷筒左端没有装卡基准)，这就会导致卷筒在加工中无法精确定位。

这是扇形板加工的又一个难点。

3 工艺流程
扇形板工艺流程：锻造→划线→粗刨成四方→UT探伤→调质→划线→半精刨外形→划线→半精镗→消应力→划线→精铣→划线→精镗→氮化→钳→车→磨→钳。

4 关键工序详解及工装设计
4.1 锻造
扇形板材质要求为42CrMo，且探伤等级要求符合JB/5000.15-2007标准质量等级2级，由于扇形板形状复杂，制作锻件时，可将扇形板外形简化为长方体，从
而方便锻造。

4.2 粗刨
工件平放，按线找正，顺长粗刨四方按100×370加工，尖角倒角4×45°，粗糙度均达6.3。

粗加工可以迅速去除毛坯的大部分余量，为后续精加工做准备，也能为探伤提供合格表面。

可选用设备BJ2020。

4.3 半精刨外形
①按扇形板A向视图周边外形刨各部，单边均留量3mm，尖角倒角2×45°，其
中外圆接刀棱≤1mm，粗糙度达12.5；②多件同刨总长两面，每面留量2.5mm，棱边倒角2×45°，粗糙度达12.5。

可选用设备BJ2020。

4.4 半精镗
①按已加工面找正，钻镗各6-Φ80H7处孔、沉孔，直径分别留量10mm，端面
每面留量5mm，尖角倒角2×45°，圆角R5，粗糙度达12.5。

②半精镗两端外圆，单边留量3mm，尖角倒角2×45°，圆角R5，粗糙度达12.5。

可选用设备
HCW2-200NC。

4.5 精铣
工件平放，等高V型垫铁装卡，底面向上，按线找正。

①倒压板精铣C面，并铣
5-40D9键槽达图且与D中心对称达要求；②角铣头铣2-15°±0.2＇粗糙度1.6
斜面，用正弦规控制角度。

③四件扇形板同加工总长尺寸达图，且与径向斜楔长度尺寸一致，允差0.03mm。

可选用设备XK2316/5。

4.6 精镗
①按已加工面找正，镗主视图各孔、沉孔达图，Φ60沉孔深度应一致，允差
0.05mm，Φ80H7沉孔按外圆留量加深。

②精镗两端R265°-0.06外圆，两端
R265°-0.06外圆的同轴度允差0.025mm，尖角倒角3×45°，圆角R2，粗糙度达3.2。

可选用设备HCW2-200NC。

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图2 卷筒Fig.2 Mandrel
4.7 钳
①参考图2对扇形板上2-15°±0.2′粗糙度1.6斜面与径向楔块上对应接触面互研，轴向斜楔与径向斜楔对应接触面互研，要求每25×25mm2接触点数为4～6个且要求均匀分布，并作互研标记。

②先在四件轴向斜楔左端面把合工装定位垫(用
M6×15内六角螺钉把合，螺纹孔钳工配作，工装定位垫见图4)；参考图2，将空心主轴、轴向斜楔、径向斜楔、扇形板、十字叉头、芯杆、主轴端盖、碟形弹簧组组装达图，对碟形弹簧组进行预紧，要求扇形板上的碟形弹簧组预紧程度一致。

从图2可知只有卷筒处于真圆状态时卷筒外圆轮廓为真正的圆Φ608；卷筒处于缩小状态时卷筒外圆轮廓不是圆，卷筒外圆轮廓的外接圆为Φ594.8；卷筒处于胀大状态时卷筒外圆轮廓也不是圆，卷筒外圆轮廓的外接圆为Φ610。

③由于扇形板上的碟形弹簧组处于预紧状态，卷筒上的扇形板始终处于自动箍紧状态。

参照图3，将工装螺母(Φ150(外圆)/M90×3(内螺纹)×50(厚度))旋紧使其端面压紧工装轴套
(Φ150(外圆)(内孔)×85(长度))，此时卷筒将被胀至真圆状态(详细分析如下：根据
图2中的装配关系可知：当径向斜楔与轴向斜楔的轴向间隙为8mm时，卷筒处
于缩小状态且轴向斜楔左端面与空心主轴的轴向间隙为77mm；当径向斜楔与轴
向斜楔的轴向间隙为78mm时，卷筒处于胀大状态且轴向斜楔左端面与空心主轴的轴向间隙为7mm；通过已知条件可算出卷筒由缩小状态至胀大状态，径向斜楔与轴向斜楔在轴向相对滑动行程为78-8=70，即芯杆行程为70；卷筒由缩小状态至真圆状态，径向斜楔与轴向斜楔在轴向相对滑动行程为70.79-8=62.79，即芯
杆行程为62.79。

由以上条件可知：当卷筒处于真圆状态时，轴向斜楔左端面与空心主轴的轴向间隙为77-62.79=14.21。

当旋紧工装螺母时，通过工装定位垫(工
装定位垫厚度为14.21)可保证轴向斜楔左端面与空心主轴的轴向间隙为14.21，
故当工装螺母旋紧时卷筒处于真圆状态，且在轴向处于锁定状态)。

随后依次装入
工装定位帽(图5)、工装中心堵(图6)，最后在扇形板外圆两端各装上1个工装卡箍(Φ720(外圆)/Φ630(内孔)×40(厚度)，外圆径向分布8-M16螺孔通孔)，在安装工装卡箍时工装卡箍上把合8个M16螺钉与四块扇形板外圆接触处垫铜皮，拧紧螺钉箍紧扇形板(尽管扇形板上的碟形弹簧组处于预紧状态，扇形板始终处于自动箍紧状态，但是当在进行后续车序、磨序加工时卷筒高速旋转，扇形板会产生离心力，而且车刀车削力和砂轮的磨削力也会影响扇形板的自动箍紧，因此需安装工装卡箍进行辅助箍紧)。

图3 工装安装图Fig.3 Tooling assembly drawing
图4 工装定位垫Fig.4 Location Pad for toolings
图5 工装定位帽Fig.5 Location nut for toolings
4.8 车
双顶尖装卡工件，按空心主轴上外圆找正0.03mm以内，车扇形板、径向斜楔上Φ608±0.5外圆，直径留量1.0mm，粗糙度达6.3，两端15°倒角按留量加深。

在车扇形板外圆时可先将两件工装卡箍卡在靠近外端的地方，待中间外圆车成后再将工装卡箍卡向中间适当移动后卡紧，车靠近外端的外圆。

可选用设备
HT160×80/40-NC
图6 工装中心堵Fig.6 Tooling center
4.9 磨
双顶尖装卡工件，按空心主轴上外圆找正0.03mm以内，磨卷筒的Φ608±0.5真圆、空心主轴及主轴端盖上各留磨量外圆达图。

工装卡箍的使用方法与车序类似。

可选用设备M1380。

4.10 钳
拆开各件，并作标记。

5 结束语
综上所述，在实际生产应用中，通过上述加工方法解决了此类零件的加工难点，能够很好地保证加工精度，保证产品的质量，并且提高加工效率，为此类零件的加工提供了一种普遍有效的方法。

参考文献
[1]成大先.机械设计手册.化学工业出版社，2008.
[2]中国重型机械工业协会.重型机械标准.云南出版集团公司，2008.
[3]吕亚臣.重型机械工艺手册.哈尔滨出版社,1998.。