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精密交叉孔的加工工藝改進研究范文

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精密交叉孔的加工工藝改進研究

摘要:從搖臂軸的結構分析入手,通過對精密交叉孔的加工難點改進,采用4軸加工中心,應用“T”鉆和滾壓的加工工藝解決搖臂軸的加工難題。實踐表明:該工藝可靠穩定,生產效率高。

關鍵詞:搖臂軸;精密交叉孔;加工工藝

搖臂軸為某大功率柴油機的重要零件之一,其功能是通過擺動進行進、排氣控制,在進、排氣門搖臂處鉆有油孔,機油可以從搖臂軸座蓋板上的油管進入,潤滑配氣機構。因此其承受著不斷交替變化的扭力,為滿足其較高的機械性能要求,材料選擇優質合金鋼42CrMo調質處理,芯部硬度要求在HRC32以上。抗拉強度與屈服強度都較高,且有范圍限制,這就對熱處理提出了較高要求,為此,熱處理車間要求在工件中間原11mm的位置預先加工1個9mm的調質通孔,以達到更好的機械性能,這樣就導致加工21mm至中間時產生排屑不暢、斷續加工的情況,本文就此精密交叉孔及其相關工藝難點提出合理的工藝方案。

1原加工工藝

本工序主要完成十字孔及槽口的加工,為保證孔的尺寸精度以及定位槽的形位公差,工件必須采用一次裝夾完成所有特征的加工,因此設備選用帶數控分度頭的4軸立式加工中心,采用“一夾一頂”方式裝夾工件,加工時先銑下槽口,工件轉180°銑上槽口,最后采用“點鉆→鉆孔→鉸孔”的方法加工十字交叉孔,主要問題表現在以下幾個方面:(1)零件上21mm和9mm孔構成十字交叉孔,且中心距要求(36±0.03)mm,交叉孔在加工至中間時產生由于排屑不暢、斷續加工的情況,粗加工采用麻花鉆鉆孔時極易產生偏斜,甚至折斷;(2)加工交叉孔只能采用較低的轉速和進給量,加工質量差且不穩定,加工效率低下;(3)因鉆孔的精度和表面粗糙度無法達到要求,工件材料優質合金鋼42CrMo調質后鐵屑既硬又韌,不易折斷,交叉孔排屑不暢,鉸削時經常出現拉毛現象,表面粗糙度無法達到要求,嚴重影響零件的壽命。

2工藝改進

基于以上工藝問題,選用3倍徑、可轉位式“T”鉆完成鉆孔加工,其有2片刀片,中心刀片和邊緣刀片,為非對稱型,故可以直接鉆孔。且該刀具通過改進刀片形狀和外周刀刃的配置,抑制了交叉孔入口處的振動,從而減輕了負荷,故可直接加工交叉孔,且無需中心鉆加工引導孔,轉速可以達到600r/min,進給0.4mm/r,加工質量穩定,大大提高了生產效率。為解決21mm孔的拉毛現象,在鉆孔后先采用粗鉸工藝保證孔尺寸的穩定性,然后采用內徑滾壓頭滾壓內孔來解決孔拉毛的問題,滾壓后孔的表面粗糙度很好,可以達到Ra0.4μm。滾壓加工與其他加工不同,是一種無屑加工,滾壓加工是使用硬質合金滾柱,旋轉并滾壓金屬表面,將金屬表面凸出和凹下的部分金屬擠壓平整的一種加工方法。滾壓加工的原理是:在常溫下,使用硬質合金滾柱滾壓金屬表面,使金屬表面產生塑性變形,將金屬表面的波峰和波谷更加平整,使金屬表面的粗糙度降低。滾壓加工原理的模擬圖,滾壓加工可以降低工件表面的粗糙度,減少應力集中,產生有利的殘余壓應力,進而提高工件的抗疲勞強度、耐磨性和耐腐蝕性等。需要特別注意的是,滾壓加工的表面質量與工件滾壓之前的表面粗糙度有很大關系,同時與滾壓時的參數、壓力,以及工件的材質等因素均有關,而滾壓參數的選擇也必須根據不同的工件硬度、材質等因素確定。由于工件材料的特性不同,不同的工件材料,其滾壓余量不盡相同,這就需要在正式滾壓前通過滾壓試驗取得。

對金屬表面加工質量影響較大的是滾壓的進給量,當滾壓的其他參數不變時,工件的表面粗糙度會隨著進給量的減小而減小,疲勞強度會隨著進給量的減小而增大,直到進給量減小到一定程度后,表面粗糙度和疲勞強度才不會變化。滾壓壓力的大小也與工件的滾壓質量密切相關,理論上,表面粗糙度會隨著滾壓壓力的不斷增大越來越好,但是,滾壓壓力需要根據工件材料的特性來確定,如果滾壓壓力過大,表面粗糙度非但不會提高,反而會越來越差,甚至超過材料強度而出現裂紋。相對前者而言,滾壓速度對金屬的表面粗糙度影響不大,但同樣,滾壓速度不可過高或過低。如果滾壓速度過高,加工速度快,但金屬表面受滾壓的時間不夠,塑性變形不徹底,還會引起振動,使金屬表面產生振紋;而如果滾壓速度過低,滾壓頭四周的滾柱會因為轉速不夠而滾動不靈活,甚至停滯,變成在工件表面滑動,這就會導致工件表面不理想,甚至會損壞工件和刀具,滾壓時的線速度一般保持在35~40m/min。通過滾壓試驗,滾壓工藝參數最終定為:進給量0.2mm/r,滾軋轉速600r/min,滾軋量0.015~0.035mm,滾壓后實際表面粗糙度達Ra0.1~0.3μm。

3結論

采用“T”鉆和滾壓相結合的加工工藝,解決了搖臂軸交叉孔的精密加工難題,保證了產品的質量,解決了搖臂軸批量生產的難題,生產效率得到大幅度提高,本工藝推廣到企業其他產品的加工當中,亦取得了不錯的效果。

作者:許紅丹 葛成榮 單位:常州鐵道高等職業技術學校

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