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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)構如圖1所示。 (1)此閥座錐面的主要加工難點在于88錐面公差只有0.5,且錐面長度僅有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3.5+0.020孔的跳動要小于0.008mm,為保證跳動要求,準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 因為此零件錐面精度要求高,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)控車床進行,但考慮到88錐面精度要求,且熱處理后材料硬度會達到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加工設備的選擇車零件外形因為是粗加工,選用普通數(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,推薦設備型號SPRINT-20,與普通設備相比,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)圓磨床進行加工,根據(jù)加工數(shù)據(jù)對比,加工穩(wěn)定性較好的設備是瑞士磨床S145和CT450。這兩種設備的精度較高,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)孔與錐面裝夾時用大外圓(準12),因為要保證總長尺寸14.30.05mm,所以選擇C端面定位。裝夾方式中最關鍵的一點就是三爪,三爪選用鏜過的軟爪,軟爪的跳動保證在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孔有跳動要求,所以A孔必須與錐面同時加工,且A孔的加工質(zhì)量好壞也是直接影響跳動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重要,此零件在加工前期,由于對磨頭沒有做過多的要求,所使用的磨頭結(jié)構不合理。加工直孔的磨頭如圖2所示,其缺點是磨頭桿材質(zhì)為普通不銹鋼,磨頭細長,剛性差;錐面磨頭如圖3所示,其缺點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:對以上兩個磨頭結(jié)構進行重新設計優(yōu)化。對直孔磨頭,將有效磨削面長度減少,從前期的2cm更改為1cm,結(jié)構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錐面關鍵加工參數(shù)的設置 為了確保大批量生產(chǎn),關鍵加工參數(shù)設置很重要,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,從而導致錐面圓度及跳動超差的情況。經(jīng)過分析查找,主要原因是在粗加工零件時對錐面磨削留的余量太小。改進方法:粗車88錐面時對錐面孔口直徑尺寸縮小縮嚴,由準6.260.1更改為準6.240.08,單邊磨削余量為0.05mm,如果磨削余量太大,會造成磨頭磨損加快,加工尺寸不穩(wěn)定。所以經(jīng)過多次試驗驗證,0.05mm是一個較理想的余量值。內(nèi)圓磨削加工參數(shù):經(jīng)過多次試驗,將砂輪磨削時的線速度設置為16m/s(轉(zhuǎn)速約為56500r/min),零件轉(zhuǎn)速為200r/min。磨頭分三段進給,第一段當磨頭接近工件后,進行磨削位置搜索,此時進給速度設置為2mm/min;第二段是當磨頭接觸零件后,進入磨削,進給速度設置為0.2mm/min;第三段是光磨,為保證粗糙度要求,磨頭在到達最終尺寸后光磨,進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,為了保證磨削質(zhì)量及尺寸穩(wěn)定性,需對磨頭進行修磨,推薦修磨頻次為1/10。準3.5+0.020直孔磨削質(zhì)量是影響跳動0.008mm的關鍵,所以將直孔磨削關鍵點和參數(shù)一并加以說明:經(jīng)過多次試驗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,砂輪線速度設置為10m/s(轉(zhuǎn)速約為61600r/min),零件轉(zhuǎn)速為200r/min,磨削進給速度設置為0.2mm/min,走刀磨時的進給量為0.002mm,光磨次數(shù)推薦為10次。另外需要關注的一點是,磨削時,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)化設計,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。通過對過程能力指數(shù)進行計算,角度、粗糙度、跳動、圓度、直線度CPK值均達到1.7以上,質(zhì)量穩(wěn)定,滿足客戶要求。 通過對高硬度精密件錐面加工方法的研究及改進,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)量的同時也提高了生產(chǎn)效率,滿足了客戶需求,從而爭取了更多訂單,為公司帶來了較大的經(jīng)濟收益。 本文針對高精度錐面加工方法進行了工藝研究,分析了加工高精度錐面時需要注意的加工事項,并提出了有效的解決措施,進行了有針對性、卓有成效的改進,取得了較好的成果,為公司后期開發(fā)精密件產(chǎn)品奠定了技術基礎。 1趙如福.金屬機械加工工藝人員手冊M.4版.上海:上海科學技術出版社,xx. 2鄭文虎
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