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油缸細(xì)長(zhǎng)活塞桿滾壓加工

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發(fā)表于 2011-1-14 12:38:37 | 只看該作者 回帖獎(jiǎng)勵(lì) |倒序?yàn)g覽 |閱讀模式
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細(xì)長(zhǎng)活塞桿零件,是工程汽車吊里伸縮臂上用的細(xì)長(zhǎng)活塞桿,是一個(gè)關(guān)鍵零部件。由于它比較長(zhǎng),尺寸精度及表面質(zhì)量要求又高,加工的困難是相當(dāng)大的。作者經(jīng)過多年的摸索,試加工,無數(shù)次的失敗。終于摸索出加工該類產(chǎn)品的一整套完整、成熟工藝,供各位同行參考。

    一、問題的提出

    在車工工藝學(xué)里,當(dāng)工件長(zhǎng)度和直徑之比大于25(L/D>25)就構(gòu)成了細(xì)長(zhǎng)軸,而本文所述的活塞桿的長(zhǎng)度和直徑之比遠(yuǎn)大于此數(shù)(L/D達(dá)到70多),俗話說:“車工怕細(xì)和長(zhǎng)”。由于細(xì)長(zhǎng)軸本身剛性差,車削時(shí)因切削力、切削熱和振動(dòng)等因素的影響,加工起來相當(dāng)困難,在車削中,會(huì)出現(xiàn)相當(dāng)多的麻煩:(1)工件受切削力、自重和旋轉(zhuǎn)時(shí)離心力的作用,容易產(chǎn)生彎曲、振動(dòng)等情況,嚴(yán)重影響其圓度、圓柱度、尺寸精度以及表面粗糙度等。(2)在切削過程中,工件受熱伸長(zhǎng)產(chǎn)生彎曲變形,易產(chǎn)生錐度、腰鼓形、麻花

    圖1(A) 活塞桿生產(chǎn)用圖


" T( x. ?6 [% ]( a) R+ V

    形和竹節(jié)形等缺陷,使切削過程中出現(xiàn)很多不可預(yù)測(cè)的問題。所以車削細(xì)長(zhǎng)軸時(shí),看似簡(jiǎn)單,但對(duì)刀具、機(jī)床精度、輔助工具和切削用量的選擇及對(duì)操作者的經(jīng)驗(yàn)均有較高的要求。

    二、問題的分析

    加工如圖1的活塞桿,主要需要解決的問題是(1)¢70 dc3外圓尺寸精度和表面粗糙度。在粗車和半精車削時(shí),由于工件剛性差,車削過程中易引起振動(dòng),使圓度和圓柱度超差,直接影響到精車的順利進(jìn)行,(2)刀具耐磨性不好時(shí)(如用高速鋼作寬刀刃時(shí))車至3000—3500mm時(shí),刀刃已顯磨鈍,使外圓尺寸變化過大,容易產(chǎn)生扎刀現(xiàn)象,表面粗糙度值達(dá)不到技術(shù)要求。從微觀上看,有凹坑和凸棱,使密封圈較快磨損,降低了使用壽命,直接影響到整機(jī)性能上承諾的平均無故障工作時(shí)間。所以要解決好上述問題,就必須解決好加工工藝問題,解決好刀具材料問題,解決好¢70dc3 的尺寸精度問題和¢70dc3外圓的表面質(zhì)量問題。

   三、問題的解決(加工工藝)

   在車床加工這樣的活塞桿。我主要采用了以下加工工藝。

    檢查:檢查毛坯尺寸,看是否符合毛坯尺寸要求。

    校直:這是非常重要的一道工序。它直接影響到加工過程的順利進(jìn)行及加工后的產(chǎn)品質(zhì)量(加工后活塞桿的直線度)。此工序在自制的校直機(jī)上進(jìn)行。要求在兩支點(diǎn)支承,毛坯在自由狀態(tài)下在全長(zhǎng)的范圍內(nèi)圓跳動(dòng)在1.5mm以下。

粗車:用四爪卡盤一頂一夾裝夾,夾持毛坯的外園上套上一個(gè)開口的¢5的鋼絲圈,這樣使毛坯與卡爪之間形成線接觸,起到萬向調(diào)節(jié)作用,以免裝夾時(shí)形成過定位的現(xiàn)象(如圖2)   。后頂針最好采用彈性頂針頂持,較正工件中間的過渡套,使其圓跳動(dòng)0.3mm,上母線、側(cè)母線與導(dǎo)軌的平行度在0.30 mm內(nèi)                 [url=](見圖3示意圖)[/url]。車削時(shí)采用從床頭往床尾方向車削,這樣,軸向切削分力與正走刀相反,使工件切削時(shí)工件承受了軸向拉力,對(duì)減小振動(dòng)和彎曲變形,克服細(xì)長(zhǎng)軸加工時(shí)常出現(xiàn)的缺陷有好處。          ( J$ r1 a6 `/ T# d& k9 N
圖3過渡套的使用                          z0 o( U% K" e1 ]: W0 C
跟刀架要采用三爪形式的跟刀架,以減少工件振動(dòng)和變形,提高加工精度彌補(bǔ)因工件剛性不足所引起的種種弊端。支承爪的

材料以QT60-2球墨鑄鐵為宜,因?yàn)殍T鐵耐熱性、耐磨性好,又不會(huì)刮傷工件表面,且能吸收振動(dòng)。不要用銅爪和鋼爪,因?yàn)殂~爪易磨損,鋼爪易與工件 “咬死” ,支承爪與跟刀架支柱為過盈配合,不得有松動(dòng)的現(xiàn)象,支承爪伸出長(zhǎng)度應(yīng)小于與跟刀架內(nèi)孔配合長(zhǎng)度的二分之一,支承爪與工件接觸面積應(yīng)超過80%,而且它的圓弧半徑應(yīng)與工件圓弧相一致,最好能按照下述方法進(jìn)行修磨:在靠近卡盤處將工件粗車一段,長(zhǎng)度大于支承爪的軸向?qū)挾龋睆脚c工件要求尺寸相同或稍大于工件成品尺寸0.1--0.2毫米,表面粗糙度值為Ra6.3以下,工件以300轉(zhuǎn)/分的速度旋轉(zhuǎn),分別將三個(gè)支承爪逐步壓向工件表面進(jìn)行研磨,不允許用冷卻液沖掉研磨下來的粉末,在磨合2--3分鐘后再加機(jī)油進(jìn)行研磨,即可使用。使用時(shí)要重新調(diào)正支承爪,使其與工件輕輕貼合。跟刀架底面與拖板接觸面應(yīng)進(jìn)行研合,跟刀架應(yīng)裝在車刀后邊1.5--2毫米處,車刀軸向切入工件20--30毫米時(shí),應(yīng)迅速先外側(cè)、后上側(cè)將支承爪與工件已加工表面接觸,切削過程中,因?yàn)闄C(jī)床導(dǎo)軌磨損不均會(huì)引起跟刀架上支承爪對(duì)工件的壓力變化,但外側(cè)支承爪不得任意調(diào)整。為了減少跟刀架與工件的摩擦,車削過程中,要自始至終澆注充分的冷卻潤(rùn)滑液(乳化液)。車削時(shí)工件熱伸張比較嚴(yán)重,容易引起彎曲變形和振動(dòng)。如果不是采用彈性頂針時(shí),要隨時(shí)注意調(diào)整尾座頂尖的松緊程度,頂尖的松緊以手指捏住時(shí)即停止轉(zhuǎn)動(dòng),手指松開時(shí)頂尖即靈活轉(zhuǎn)動(dòng)為宜。大約在走刀長(zhǎng)度500毫米左右時(shí)就需要檢查一次,以防止工件由于產(chǎn)生軸向熱伸張引起的彎曲變形。尾座頂尖千萬不可頂死。                                                                               ) h! z" a* E, L0 U( ]  c- ?# m  x) r
   刀具的選擇:車削此細(xì)長(zhǎng)活塞桿的¢70 dc3外圓時(shí),選擇如圖4所示的主偏角為75°的左偏刀進(jìn)行粗車,車削細(xì)長(zhǎng)軸時(shí),對(duì)工件來說總希望盡量減少徑向力,但又希望保持一定的徑向切削力,將工件壓緊在跟刀架支承爪上。所以選擇主偏角為75°左偏刀較為合適,同時(shí)刀頭強(qiáng)度也較好。后角采用雙重后角,利于消振,而又不易崩刃。前角稍取大一些,約15°至20°,使切削輕快,減少切削力,減少切削變形。刃口處磨有0.1至0.2寬、0°至-5°的負(fù)倒棱,增加刀刃的強(qiáng)度,還修磨有0.2—0.3mm的過渡刃。前、后刀面要用油石研磨,盡可能降低表面粗糙度值,以利于提高刀具的耐用度。車刀刀片的牌號(hào)采用常見的YT15硬質(zhì)合金。切削用量的選擇為轉(zhuǎn)速n=300轉(zhuǎn)/分左右,不能過高,過高會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)等不良現(xiàn)象,轉(zhuǎn)速過低效率會(huì)低,沒效益。進(jìn)給量f=0.3--0.4mm/轉(zhuǎn),切削深度ap=2mm。粗車時(shí)主要控制好外圓的形狀公差,形狀公差控制不好,對(duì)后工序加工將會(huì)造成非常不利的影響。

   半精車:采用的裝夾方法、切削方法和刀具與粗車基本一樣。切削用量方面,切削深度ap=1mm左右,留精車余量約為0.1至0.2mm左右。進(jìn)給量f=0.2--0.3mm/轉(zhuǎn)。關(guān)鍵要控制圓度、圓柱度要符合圖紙要求。表面粗糙度為Ra6.3。

                                                                                

                             圖4    75°車刀

    精車:精車首先要重新研磨跟刀架上的三個(gè)卡爪,采用跟刀架在前,刀具在后的切削形式,以便于測(cè)量尺寸,減小半精車時(shí)形狀誤差對(duì)精車的影響。采用寬刃刀車削。刀具形狀和角度如圖5所示。 寬刃刀刃口兩端各有一個(gè)8°的角度并與主切削刃用R10園弧聯(lián)接,起到切入工件時(shí)有一個(gè)緩沖和防止刀具兩端尖角扎入工件的作用。前角取25°至30°的較大前角,后角取5°到8°使刀具鋒利。前、后刀面要用油石研磨,盡可能降低表面粗糙度值,以利于提高刀具的耐用度和降低表面粗糙度。刀具材料采用硬質(zhì)合金YG6或YG8,選用的理由是因?yàn)樵摵辖鹩休^好的硬度、韌性和耐磨性(相對(duì)于高速鋼),而且容易磨得鋒利。不容易產(chǎn)生崩刃現(xiàn)象。如果采用高速鋼刀具,耐磨性不夠好。車至3000mm左右時(shí)因刀具磨損而產(chǎn)生尺寸變化。采用YT15刃口容易產(chǎn)生崩刃現(xiàn)象(微觀狀態(tài)下觀察)。切削用量的選擇是:切削速度n=8-12轉(zhuǎn)/分。進(jìn)給量f=10-15mm/轉(zhuǎn)。要控制好切削深度,使尺寸符合¢70-0.076-0.03的公差范圍之內(nèi),表面粗糙度Ra1.6-0.8。

                    圖5  寬刃刀

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   滾壓:在車床上應(yīng)用滾壓工具在工件表面作相對(duì)滾動(dòng),并施加一定壓力。強(qiáng)行滾壓。使金屬表層產(chǎn)生朔性變形。修整工件表面的微觀幾何形狀。降低表面粗糙度,提高工件表面硬度、耐磨性和抗疲勞強(qiáng)度。是一種經(jīng)濟(jì)的、較易獲得較低表面粗糙度值的一種加工方法。本人在加工這種活塞桿時(shí)。由于無法用外圓磨床進(jìn)行加工,所以表面的最后光整加工采用了滾壓加工方法。由于工件是細(xì)長(zhǎng)桿,工件剛度較小,故采用鏡博士外徑型滾壓刀的方式滾壓,這樣可使?jié)L壓力相互低消,工件不受到勁向力的影響。滾壓工具見圖6。    在滾壓加工過程中要注意考慮以下幾個(gè)問題:滾壓力、滾壓過盈量、

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圖6 單個(gè)滾壓工具


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進(jìn)給量、滾壓次數(shù)、滾壓速度、工件的原始條件和切削液等。

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圖8 三點(diǎn)滾壓示意圖  

   滾壓力F

    滾壓力是滾壓過程中最重要的工藝參數(shù),它是滾壓加工時(shí)滾壓工具對(duì)工件的壓力。但在滾壓過程中,起決定作用的不是滾壓力的總值,而是滾力和與滾壓工具和工件之間實(shí)際接觸面積A的比值,即單位滾壓力P。

    P=F/A 

    P的大小直接關(guān)系到工件表面的變形程度,因而影響壓光后的表面粗糙度和冷硬程度。合理確定滾壓力是比較復(fù)雜的,因?yàn)闈L壓力與各種滾壓參數(shù)都有關(guān)系。一般來說,工件材料的硬度越高,原始表面粗糙度越高,滾壓元件工作型面曲率半徑越大,進(jìn)給量越大,滾壓力也相應(yīng)增大。這也是本人在細(xì)長(zhǎng)軸滾壓時(shí)采用鋼球式滾壓而不采用滾輪或滾柱滾壓的依據(jù)之一。同時(shí),滾壓力的確定還要受工件的尺寸、結(jié)構(gòu)、以及工藝系統(tǒng)剛性等條件的限制。由于金屬組織的不均勻性和塑性變形的不均勻性,以及工件表面微觀不平的差別,按理論計(jì)算的滾壓力與實(shí)際有一定出入。我采用的辦法是用試驗(yàn)方法來確定滾壓力。比較直觀的辦法是用調(diào)節(jié)滾壓過盈量來控制滾壓力的大小。

    滾壓過盈量i

    工件外圓滾壓過盈量的一半是滾壓元件壓入工件表面的深度。ī是由兩部分組成的,i/2=e/δ。

   式中e-------工件被滾壓表面半徑方向上的彈性變形量(mm);

   δ——工件的塑性變形量(mm)

    e和δ的大小均與材料的性能有關(guān)。在實(shí)際滾壓加工時(shí),一般不用計(jì)算方法,而用行程試驗(yàn)法,即利用工件的一小段或?qū)iT的試驗(yàn)用工件,逐漸加大滾壓力進(jìn)行3-5次試驗(yàn),隨時(shí)檢查滾壓質(zhì)量,合理選擇滾壓過盈量。

    進(jìn)給量f

    進(jìn)給量也是關(guān)系滾壓質(zhì)量的重要工藝參數(shù)。一般應(yīng)根據(jù)工件材料、形狀,滾壓元件和工件技術(shù)要求而確定。進(jìn)給量f過大工件表面粗糙度高(尤其是采用鋼球滾壓時(shí))。 F過小,工件表面內(nèi)重復(fù)滾壓,容易產(chǎn)生疲勞裂紋,也會(huì)降低滾壓質(zhì)量,一般采用f=0.1—0.25mm/轉(zhuǎn),滾壓次數(shù)以1-2次為宜。


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發(fā)表于 2011-1-14 13:09:29 | 只看該作者
活塞桿我有看到用冷拉材料粗磨 高頻  棍校 點(diǎn)校 精磨的! F1 f6 }( }; R, r8 A
9 G0 L* O5 A: Y9 I
不過比較短  都不到500長(zhǎng)
3#
發(fā)表于 2011-1-14 20:02:20 | 只看該作者
長(zhǎng)見識(shí)了.謝謝樓主的分享
4#
發(fā)表于 2011-5-14 10:13:02 | 只看該作者
長(zhǎng)見識(shí)了.謝謝樓主的分享
5#
發(fā)表于 2011-5-17 23:51:34 | 只看該作者
看不到圖???
6#
 樓主| 發(fā)表于 2011-7-20 21:34:28 | 只看該作者
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 樓主| 發(fā)表于 2011-7-20 21:43:46 | 只看該作者
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發(fā)表于 2011-7-28 18:20:11 | 只看該作者
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發(fā)表于 2012-12-7 11:02:18 | 只看該作者
    高頻淬火后車加工綜述/ y: P2 _- j4 e  R; d3 K
    針對(duì)高頻淬火件的特點(diǎn),出現(xiàn)以下情況時(shí)車加工最為有效:1,高頻淬火后變形大或者加工余量控制不嚴(yán);2.高頻淬火時(shí)保護(hù)不到位,需要車掉淬火層。
; j- C6 |7 B  w7 _& Y4 I" Y    華菱超硬針對(duì)高頻淬火件車削用BN-S20牌號(hào)刀具,是一種可轉(zhuǎn)為的機(jī)夾刀片,它具有高的硬度同時(shí),具備了一定抗沖擊韌性,能夠大余量切除淬硬層,替代大余量粗磨加工,或采用退貨后再進(jìn)行二次淬火的傳統(tǒng)方法,為用戶節(jié)約很多傳統(tǒng)工序和相應(yīng)的工序成本,并大幅度提高了生產(chǎn)效率。
& p0 s" f9 V, ~# n& S8 \2 |5 N    BN-S20刀片加工高頻淬火工件的切削參數(shù)
# O. x2 s. D: c, i2 p8 ?    1,硬車刀片的線速度:工件材料硬度越高,其切削速度應(yīng)越小。使用BN-S20刀片進(jìn)行車加工高頻淬火件時(shí),刀片能夠承受的切削速度為80~200m/min,常用范圍為90~150m/min;當(dāng)采用大切深或強(qiáng)力斷續(xù)切削時(shí),切速應(yīng)保持在50~100m/min。
7 `0 k" F/ K8 k3 }& g" |    2,以車代磨的加工余量和BN-S20刀片的吃刀深度:高頻淬火后工件正常以車代磨時(shí),其切深一般在0.1~0.3mm之間。當(dāng)熱處理變形或者加工余量大時(shí),BN-S20刀片可以承受7mm左右吃刀深度,進(jìn)行大余量一次走刀完成加工。# u% j" |+ ]/ Q$ }2 f! {
    3,進(jìn)給量:進(jìn)給量通常可以選擇0.05~0.25mm/r之間,具體數(shù)值視表面粗糙度值和生產(chǎn)率要求而定。當(dāng)表面粗糙度要求為Ra=0.3~0.4洀時(shí),采用超硬刀具可以代替精磨,由于加工效率高的原因,硬車削比用磨削經(jīng)濟(jì)得多。
2 K5 \, D, H6 m8 [7 w    綜上:高頻淬火后車加工代替大余量粗磨時(shí);需要刀片能夠承受較大切削加工余量,一次走刀切除淬硬層和淬火變形量是BN-S20的獨(dú)創(chuàng)特點(diǎn)之一;當(dāng)以車代磨經(jīng)精加工時(shí),好的表面粗糙度保證是前提,應(yīng)該較小的進(jìn)給量和高的切削速度,來提高加工效率。% ]) W0 @- T  W# v
(作者單位:華菱超硬刀具研發(fā)部  河南科技大學(xué)熱處理研究中心)

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