貴州航天精工制造有限公司 (凱山 563006) 王世敏
貫穿切入組合無心磨削法磨削超長螺栓
貴州航天精工制造有限公司 (凱山 563006) 王世敏
公司承接加工了某客戶訂制的高精度超長螺栓,HB某型號產品7×164,在該型號產品的標準中,桿部為7mm的規(guī)格,其最長長度是70mm,該產品已遠遠超出其標準中的最長尺寸。該產品的長徑比達1∶22,桿部尺寸精度為φ7f7()mm,表面粗糙度為Ra=0.8μm;如采用車削加工桿部,其桿部尺寸精度和表面粗糙度難以保證,還要考慮到加工零件中心孔的制作和切除,其加工效率也低;如采用外圓磨床頂磨加工,因是細長軸件,會產生桿部彎曲變形,造成桿部尺寸超差,外圓頂磨加工也要考慮到加工零件中心孔的制作和切除;無心磨削加工,可以不用中心孔,其桿部不會彎曲變形,還可以保證其桿部尺寸精度、表面粗糙度和形位公差。但是,我公司的無心磨床的砂輪寬度比零件桿部長度小,公司現有最大的無心磨床M1080的砂輪寬為140mm,因此,采用無心磨削加工也存在砂輪磨削寬度不夠的問題。這需要我們采用一些工藝的創(chuàng)新,在現有的機床條件下,完成該產品桿部的無心磨削加工。
螺栓HB1-106-7×164的零件結構如圖1所示。
圖1 零件結構
加工難點如下:
(1)零件材料為30CrMnSiA,熱處理后其抗拉強度為 (1175±100)MPa,這種材料具有較高的韌性,在加工過程中切削溫度高,磨削困難,尺寸精度不易控制。而此零件尺寸精度要求高,其桿部尺寸為φ7f7()mm,桿部表面粗糙度要求Ra=0.8μm,因桿部細長,在磨削加工中切削溫度高,切削困難,所以桿部尺寸精度、表面粗糙度難以保證。
(2)頭桿接合處的R(0.5±0.2)mm,因該處砂輪易磨損,其尺寸變化較快,難以保證,砂輪的修整次數增多。
(3)桿部長度太長,其長度大于無心磨床的砂輪寬度,M1040無心磨床的砂輪寬度為125mm,零件桿長比砂輪寬度大31mm(無心磨床M1080的砂輪寬為140mm),其桿部如何加工連接即成為關鍵技術。
該零件的加工方法最終選擇在M1040無心磨床上磨削加工。該零件在磨削前已進行了鐓制、頭部切邊、車削、滾絲、熱處理等工序,其坯件如圖2所示。
圖2 零件毛坯圖
(1)選擇機床 粗磨選用M1040型無心磨床。
(2)選擇砂輪 由于工件為淬火鋼,適于磨淬火鋼的磨料為白剛玉;磨削硬工件時選用軟砂輪,磨削軟材料時選用硬的砂輪,由于磨削工件為淬硬鋼材料,選用容易脫落的軟砂輪??墒鼓モg的磨??禳c脫落,以便露出更多尖銳棱角的新磨粒,一則可進一步磨削,二則可減少磨粒與工件的滑擦與刻劃,降低切削溫度以防燒傷工件,所以選擇砂輪的硬度為中軟。最后選擇砂輪為:WA80K(WA為磨料白剛玉,80為磨料的粒度,K為磨具的硬度為中軟1)。
(3)托板選擇 一般情況下,工件中心應高于砂輪和導輪中心的連線,中、小型工件中心高出約為工件直徑的一半。但是,此零件較長,且已經過熱處理,直線度有可能超差,在磨削長而翹曲的工件時,為防止工件跳動和消除工件翹曲引起的顫動,迫使工件緊貼托板,工件的中心應約低于砂輪和導輪中心連線。
(4)調整托板高度 由于零件的尺寸精度要求高,直線度要求高,因此正確調整托板高度就顯得更為重要。托板高度H1的粗略計算按下圖3及公式。
圖3 托板位置示意圖
式中,A為砂輪中心至底板距離,M1040磨床A=180mm;B為托架槽底至底板距離,M1040磨床B=130mm;H為工件中心低于砂輪中心的值,h≈1mm;d為工件直徑,d=7.3mm。
計算托板高度 H1≈180-130-7.3/2-1=45.35mm。托板用于支撐工件,其傾斜角和厚度的選擇關系到磨削質量和生產率。托板的傾斜角一般為20°~30°,托板的頂面需要磨光和清潔,以防止劃傷工件表面。托板的厚度選擇:為使托板有足夠的剛性、磨削平穩(wěn),其厚度應寬些,但要比工件的直徑小1.5~2mm,磨削此產品選擇5.5mm厚的托板。
(5)切削液的選擇 由乳化油加入大量的水稀釋而成的乳化液,呈白色或半透明狀,具有良好的冷卻作用和潤滑作用,因是磨削一般碳鋼工件,所以選用切削液為中等濃度的乳化液。
(6)操作步驟 粗磨磨削余量為0.25~0.15mm。粗磨時,先粗磨桿部的一大半,如圖4所示,粗磨前一大半時,長度可稍長點,這樣在將工件放入磨削區(qū)時,工件與托板的接觸面多,較平穩(wěn)些。
圖4 粗磨零件
粗磨時,磨削示意圖見圖5。
圖5 粗磨示意
操作要點:①工件放入磨削區(qū)后,工件要貼合托板,以擋銷定位。②靠手輕托工件,讓工件保持其合適位置,在磨削時,注意手要放松,手不被工件的旋轉所打,又不離開工件。③粗磨2次,達到其要求;粗磨完桿部的一半后,再粗磨桿部的另一半,如圖6所示。
磨削示意圖如圖7所示。
圖6 粗磨零件
圖7 粗磨示意
操作要點:①取消擋銷,工件的位置靠托板與工件支承面來定位。②砂輪的端面與砂輪的外圓素線垂直,并修整出符合要求的砂輪圓角。③工件端面允許沒有磨出,但R處應光滑連接,注意頭部厚度尺寸。
(1)選擇機床 半精磨選用M1040型無心磨床。砂輪選擇、托板高度調整、切削液的選擇與粗磨相同。
(2)調整并修整導輪 調整導輪傾斜角θ=1.5°~2.5°。
(3)修整砂輪,砂輪的端面與砂輪的外圓素線垂直,并修整出符合要求的砂輪圓角。
(4)半精磨操作步驟 半精磨磨削余量為0.05mm,其磨削零件圖如圖8所示。
圖8 半精磨零件圖
磨削示意圖如圖9所示。
圖9 半精磨、精磨示意圖
操作要點:①開始進行的是貫穿磨法 (見圖9a),把工件的前端放入磨削區(qū),因導輪傾斜θ角(θ=1.5°~2.5°),工件一面旋轉,一面縱向運動,從外向里穿過磨削區(qū) (見圖9b)。②工件的最終磨削位置靠托板與工件支承面來定位 (見圖9c);砂輪的端面與砂輪的外圓素線垂直,并修整出符合要求的砂輪圓角。③在進給時應選擇較小的進給速度。工件的前端放入磨削區(qū)時,為防止工件失重,手應輕托工件后部,直至工件的后半部分進入磨削區(qū)域。④工件磨削完后,導輪回退至合適位置,再用木棍將工件拔出一小段,再用手拿穩(wěn)順著導輪邊將工件慢慢取出。因工件太長,不宜用木棍一下子拔出,防止工件在拔出的過程中被碰傷。
(1)選擇機床 精磨選用M1040型無心磨床。托板高度調整、切削液的選擇與半精磨相同。
(2)選擇砂輪 選擇砂輪為WA100K。
(3)調整并修整導輪 調整導輪傾斜角θ=1.0°~1.5°。
(4)修整砂輪 砂輪的端面與砂輪的外圓素線垂直,并修整出符合要求的砂輪圓角。
(5)精磨操作步驟 精磨磨削余量為0.013mm,其磨削零件圖如圖1所示。
操作要點:同半精磨。因工件長度大于砂輪寬度,為防止工件在貫穿精磨過程中前段因磨削時間長造成尺寸超差;所以精磨時應將磨床調為很小的倒錐度,錐角約為15'左右。
本文介紹了兩種無心磨削方法的結合使用,切入磨削法和縱向進給磨削法,通過這種磨削方法的實踐成功,避免了該零件進行外圓磨削時的中心孔的制作和去除,保證了零件的尺寸精度和表面粗糙度要求,并有高的生產效率,通過批量生產,證明該方法合理、可行,能滿足批量生產的要求。
20131119)