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高精度錐面加工工藝方法分析 零件材料:M50;熱處理硬度:HRC6266;零件結(jié)構(gòu)如圖1所示。 (1)此閥座錐面的主要加工難點(diǎn)在于88錐面公差只有0.5,且錐面長(zhǎng)度僅有1.3mm,錐面較短,加工尺寸不穩(wěn)定;另外,粗糙度要求精度為Ra0.3。由于材料硬度較高,所以普通的車削加工難以保證角度公差及粗糙度要求。(2)錐面與準(zhǔn)3.5+0.020孔的跳動(dòng)要小于0.008mm,為保證跳動(dòng)要求,準(zhǔn)3.5+0.020孔必須和錐面一次加工而成,不能分工步加工。(3)錐面圓度0.005mm,錐面直線度0.002mm,要求錐面的形狀要很好,不能有一絲缺陷及加工不起來的情況。 3.1加工路線的確定 因?yàn)榇肆慵F面精度要求高,所以必須分粗精加工,在熱處理前將零件形狀加工完,因熱處理后零件會(huì)產(chǎn)生變形,所以熱處理后留余量精加工零件,因零件屬回轉(zhuǎn)體,粗加工選擇數(shù)控車床進(jìn)行,但考慮到88錐面精度要求,且熱處理后材料硬度會(huì)達(dá)到HRC6266,所以在熱處理后選擇數(shù)控車床車錐面是滿足不了加工要求的,故首先考慮到的是選用內(nèi)圓磨床進(jìn)行錐面精加工,加工步驟:車零件外形熱處理精磨錐面與內(nèi)孔。3.2加工設(shè)備的選擇車零件外形因?yàn)槭谴旨庸ぃx用普通數(shù)控車床就可滿足要求,如需外形一次裝夾加工完成,可選用縱切機(jī),推薦設(shè)備型號(hào)SPRINT-20,與普通設(shè)備相比,可將零件周邊徑向孔一并加工,提高加工效率。精磨錐面與內(nèi)孔,因前期此零件在試制過程中使用了多種內(nèi)圓磨床進(jìn)行加工,根據(jù)加工數(shù)據(jù)對(duì)比,加工穩(wěn)定性較好的設(shè)備是瑞士磨床S145和CT450。這兩種設(shè)備的精度較高,從加工精度上講可以滿足加工要求。 3.3裝夾方式 此零件磨內(nèi)孔與錐面裝夾時(shí)用大外圓(準(zhǔn)12),因?yàn)橐WC總長(zhǎng)尺寸14.30.05mm,所以選擇C端面定位。裝夾方式中最關(guān)鍵的一點(diǎn)就是三爪,三爪選用鏜過的軟爪,軟爪的跳動(dòng)保證在0.01mm以內(nèi),這樣才能保證錐面圓度不超差。 3.4刀具的選擇 因錐面與A孔有跳動(dòng)要求,所以A孔必須與錐面同時(shí)加工,且A孔的加工質(zhì)量好壞也是直接影響跳動(dòng)合格與否的重要原因。刀具(砂輪)的選擇方面,精磨錐面和內(nèi)孔所選用的磨頭至關(guān)重要,此零件在加工前期,由于對(duì)磨頭沒有做過多的要求,所使用的磨頭結(jié)構(gòu)不合理。加工直孔的磨頭如圖2所示,其缺點(diǎn)是磨頭桿材質(zhì)為普通不銹鋼,磨頭細(xì)長(zhǎng),剛性差;錐面磨頭如圖3所示,其缺點(diǎn)是磨頭涂層材料選用的是普通金鋼砂,易磨損,磨頭桿是普通不銹鋼材質(zhì),剛性差。由于以上兩個(gè)磨頭存在的問題,造成錐面和A孔加工后經(jīng)常出現(xiàn)溝痕,且尺寸不穩(wěn)定,無法滿足圖紙要求。解決方法:對(duì)以上兩個(gè)磨頭結(jié)構(gòu)進(jìn)行重新設(shè)計(jì)優(yōu)化。對(duì)直孔磨頭,將有效磨削面長(zhǎng)度減少,從前期的2cm更改為1cm,結(jié)構(gòu)上將磨頭與磨桿直面連接更改為錐面連接,磨頭選用CBN涂層,磨桿選用合金材質(zhì),更改后的直孔磨頭如圖4所示;對(duì)錐面磨頭,縮小磨桿與磨頭的直徑比例,磨頭桿直徑選用5mm,磨頭直徑選用5.6mm,單邊鍍層厚度為0.3mm,磨桿選用合金材質(zhì),增加剛性,且將磨頭材料由鍍金鋼砂更改為立方氮化硼,更改后的磨頭更耐用,加工尺寸更穩(wěn)定,如圖5所示。 3.5錐面關(guān)鍵加工參數(shù)的設(shè)置 為了確保大批量生產(chǎn),關(guān)鍵加工參數(shù)設(shè)置很重要,在零件的加工過程中最常見的質(zhì)量問題是88錐面有加工不起來的現(xiàn)象,從而導(dǎo)致錐面圓度及跳動(dòng)超差的情況。經(jīng)過分析查找,主要原因是在粗加工零件時(shí)對(duì)錐面磨削留的余量太小。改進(jìn)方法:粗車88錐面時(shí)對(duì)錐面孔口直徑尺寸縮小縮嚴(yán),由準(zhǔn)6.260.1更改為準(zhǔn)6.240.08,單邊磨削余量為0.05mm,如果磨削余量太大,會(huì)造成磨頭磨損加快,加工尺寸不穩(wěn)定。所以經(jīng)過多次試驗(yàn)驗(yàn)證,0.05mm是一個(gè)較理想的余量值。內(nèi)圓磨削加工參數(shù):經(jīng)過多次試驗(yàn),將砂輪磨削時(shí)的線速度設(shè)置為16m/s(轉(zhuǎn)速約為56500r/min),零件轉(zhuǎn)速為200r/min。磨頭分三段進(jìn)給,第一段當(dāng)磨頭接近工件后,進(jìn)行磨削位置搜索,此時(shí)進(jìn)給速度設(shè)置為2mm/min;第二段是當(dāng)磨頭接觸零件后,進(jìn)入磨削,進(jìn)給速度設(shè)置為0.2mm/min;第三段是光磨,為保證粗糙度要求,磨頭在到達(dá)最終尺寸后光磨,進(jìn)給速度與第二段一致。具體加工參數(shù)如表1所示。在錐孔磨削時(shí),為了保證磨削質(zhì)量及尺寸穩(wěn)定性,需對(duì)磨頭進(jìn)行修磨,推薦修磨頻次為1/10。準(zhǔn)3.5+0.020直孔磨削質(zhì)量是影響跳動(dòng)0.008mm的關(guān)鍵,所以將直孔磨削關(guān)鍵點(diǎn)和參數(shù)一并加以說明:經(jīng)過多次試驗(yàn)摸索出最佳磨削余量是0.05mm,單邊余量0.025mm,磨削方式選震蕩磨削,砂輪線速度設(shè)置為10m/s(轉(zhuǎn)速約為61600r/min),零件轉(zhuǎn)速為200r/min,磨削進(jìn)給速度設(shè)置為0.2mm/min,走刀磨時(shí)的進(jìn)給量為0.002mm,光磨次數(shù)推薦為10次。另外需要關(guān)注的一點(diǎn)是,磨削時(shí),磨削面需得到充分冷卻,建議使用主軸內(nèi)噴和外噴相結(jié)合的方式進(jìn)行磨削液噴淋冷卻,這樣有利于表面粗糙度的提高。通過以上參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì),閥座錐面尺寸、粗糙度、形位公差都能滿足要求,且加工尺寸非常穩(wěn)定,具體尺寸如表2所示。通過對(duì)過程能力指數(shù)進(jìn)行計(jì)算,角度、粗糙度、跳動(dòng)、圓度、直線度CPK值均達(dá)到1.7以上,質(zhì)量穩(wěn)定,滿足客戶要求。 通過對(duì)高硬度精密件錐面加工方法的研究及改進(jìn),大大提高了此類零件批量生產(chǎn)合格率。目前這種方法正用于公司類似零件的生產(chǎn)加工中,它保證了產(chǎn)品質(zhì)量的同時(shí)也提高了生產(chǎn)效率,滿足了客戶需求,從而爭(zhēng)取了更多訂單,為公司帶來了較大的經(jīng)濟(jì)收益。 本文針對(duì)高精度錐面加工方法進(jìn)行了工藝研究,分析了加工高精度錐面時(shí)需要注意的加工事項(xiàng),并提出了有效的解決措施,進(jìn)行了有針對(duì)性、卓有成效的改進(jìn),取得了較好的成果,為公司后期開發(fā)精密件產(chǎn)品奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。 1趙如福.金屬機(jī)械加工工藝人員手冊(cè)M.4版.上海:上??茖W(xué)技術(shù)出版社,xx. 2鄭文虎
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