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        擠光刀設(shè)計(jì)研制技術(shù)攻關(guān)

        2015-05-30 15:23:18黃戰(zhàn)鵬梁亞蘭
        科技創(chuàng)新與應(yīng)用 2015年16期
        關(guān)鍵詞:研制技術(shù)設(shè)計(jì)

        黃戰(zhàn)鵬 梁亞蘭

        摘 要:分泵擠光工藝是近年有色加工的一種新工藝,其中擠光刀具是整個(gè)工藝改進(jìn)的關(guān)鍵;了解并熟知擠光設(shè)計(jì)原理可以幫助工藝快速掌握擠光工藝的核心加工參數(shù),提升加工工藝水平。

        關(guān)鍵詞:擠光刀;設(shè)計(jì);研制;技術(shù)

        1 問題的提出

        分泵擠光原理是通過擠光刀的滾珠繞刀桿進(jìn)行自轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)擠壓產(chǎn)品表面,從而達(dá)到零件尺寸和表面光潔度要求。由于擠光是無銷加工,表面質(zhì)量要求高,所以要求刀具表面光潔度和硬度非常高;其刀具是由滾珠、刀桿、刀套、錐柄四部分組成,擠光刀的工作部位為滾珠和與之配合的刀桿,滾珠與之刀桿相互配合,硬度、直線度、材料韌性以及疲勞極限等諸多方面完美結(jié)合才可實(shí)現(xiàn)擠光要求。擠光工藝是最近幾年新出爐的工藝,我廠沒有現(xiàn)成的資料可以查詢。為了實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的自給自足,我們必須從零做起,自行設(shè)計(jì)制造擠光刀具。

        2 方案提出與論證

        擠光刀四部分工作方式:

        (1)滾珠(滾壓主體,從動(dòng)元件);(2)擠光刀桿(與滾珠配合,傳動(dòng)元件);(3)刀套(尺寸調(diào)節(jié));(4)錐柄(機(jī)床連接部位)。

        從刀具使用角度來說,滾珠與刀桿是直接工作部位,而刀套和錐柄屬于間接工作部位,其并不參與滾壓,不會(huì)因?yàn)殚L時(shí)間使用而磨損。滾珠與刀桿直接參與滾壓,是磨損件。通過對(duì)已經(jīng)磨損報(bào)廢的刀具進(jìn)行分解,擠光刀報(bào)廢主要是刀桿與滾珠配合部位連續(xù)滾壓達(dá)到金屬疲勞極限。所以擠光刀設(shè)計(jì)要從刀桿和滾珠入手。

        方案一:設(shè)計(jì)制造刀桿,滾珠購買標(biāo)準(zhǔn)件。

        方案二:刀桿和滾珠全部自制。

        分析比較:

        方案一中刀桿按照滾珠錐度進(jìn)行設(shè)計(jì)制造,由于滾珠錐度公差無法確定,測繪值同實(shí)際尺寸偏差較大,則滾珠與刀桿配合會(huì)有以下三種情況:

        情況一:刀桿與滾珠配合于豎直方向成負(fù)角度,在工件加工過程中滾珠與刀桿是線性接觸,接觸部位疲勞強(qiáng)度增大,刀桿前端易于磨損,制件表面光潔度不能滿足產(chǎn)品要求而且加工的產(chǎn)品入口端為錐面。所以不能滿足設(shè)計(jì)要求。

        情況二:刀桿與滾珠配合于豎直方向成正角度,在工件加工過程中滾珠與刀桿也是線性接觸,接觸部位疲勞強(qiáng)度增大,刀桿后端易于磨損,制件表面光潔度不能滿足產(chǎn)品要求。而且加工的產(chǎn)品出口端為錐面,不符合圖紙要求。所以不能滿足設(shè)計(jì)要求。

        情況三:刀桿與滾珠配合于豎直方向夾角為零度,在工件加工過程中滾珠與刀桿接觸面積增大,滾珠與刀桿是面接觸,能夠最大限度的確保接觸表面的疲勞強(qiáng)度,刀桿不易磨損,而且加工的產(chǎn)品出口和入口能夠保持一致,滿足圖紙要求。

        通過以上分析,由于滾珠與刀桿配合角度的不可預(yù)測性,不能確保加工的產(chǎn)品100%滿足要求,而且實(shí)際上也很難做到第三種情況,所以方案一放棄。

        按照方案2,我們給定一個(gè)固定值加工刀桿,將刀桿尺寸控制在一個(gè)合理的范圍,按照刀桿的錐度配做滾珠,能夠最大限度的滿足設(shè)計(jì)要求,使的滾珠與刀桿最大限度的接觸。而且可以根據(jù)材料性能不同選擇合理的錐角配合,從而最大限度的延長刀具的使用壽命。

        3 方案的實(shí)施

        3.1 機(jī)構(gòu)選擇及幾何尺寸的計(jì)算

        按照擠光工藝的加工方式,可以將擠光刀納入非標(biāo)準(zhǔn)散裝滾動(dòng)軸承的形式,因?yàn)樗庸ぶ萍殇X制品,加工余量小,表面承受載荷小,需要的摩擦力矩小,按照刀桿尺寸調(diào)節(jié)要求(調(diào)節(jié)螺紋螺距為1),尺寸調(diào)整將一個(gè)螺旋圓周等分為25格,每格尺寸調(diào)節(jié)量為0.002mm,軸向尺寸調(diào)節(jié)量為1.5mm,則能推出擠光刀桿的錐度為3°。

        為了確保滾珠和刀桿配合后余刀桿直柄部分夾角最大限度接近于零,則刀桿和滾珠的錐度值為:

        滾珠(如圖1):

        刀桿(如圖2):

        3.2 強(qiáng)度校核

        但是由于滾珠和刀桿徑向承受的載荷很小,完全能滿足設(shè)計(jì)要求。故再次不作詳細(xì)的強(qiáng)度校核。

        4 加工工藝實(shí)踐

        由于滾珠與刀桿之間要連續(xù)進(jìn)行滾壓,所以對(duì)材料的表面硬度要求比較高,我們選用的材料是GCr15(軸承鋼)。選用這個(gè)材料是因?yàn)樗目蛊谒p性能非常好,而且熱處理變形小,易于加工。

        在整個(gè)工藝路線中,車工工序難度比較大,加工桿細(xì)而且長,而且刀桿直線度要求高,所以加工過程中非常容易變形,車工加工用的跟刀架最小直徑10mm,而制件的最大毛坯余量要求在9,以至跟刀架用不上,所以加工過程中,我們對(duì)整個(gè)軸分三段粗車,盡量減少直車長度,粗車后將刀架頂直,用無心磨修正直線度,留精磨余量0.6mm。

        熱處理工序是刀桿加工的關(guān)鍵工序,淬火硬度低刀桿抗疲勞衰減差,淬火硬度高刀桿變形大,精磨修正難度大。通過對(duì)刀桿工作狀態(tài)的仔細(xì)分析,錐面部位需求材料硬度高,而直柄部分對(duì)材料硬度要求低,對(duì)材料的綜合性能要求高。所以熱處理需要分布進(jìn)行。首先對(duì)材料通體進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理,提高材料綜合性能,而且調(diào)質(zhì)處理材料熱變形小,能滿足工藝要求。對(duì)錐面部分單獨(dú)進(jìn)行高頻淬火,提高材料表面硬度,達(dá)到HRC64以上。經(jīng)過這樣的處理,能夠很好的解決熱處理變形通硬度值沖突的矛盾。順利解決了加工中的難題。如果熱處理后變形大,后續(xù)有校正工序,能夠100%滿足工藝要求,實(shí)現(xiàn)刀桿的小批量生產(chǎn)。滾珠尺寸小,用一般工藝能夠滿足生產(chǎn)要求,這里就不再進(jìn)行描述。

        5 結(jié)束語

        目前,自制的擠光刀已經(jīng)實(shí)際應(yīng)用于生產(chǎn)中,通過試加工可以初步得到結(jié)論,自行設(shè)計(jì)制造的擠光刀能夠滿足設(shè)計(jì)要求,也符合生產(chǎn)需求,解決了實(shí)際生產(chǎn)中的難題。通過對(duì)擠光工作原理的了解,以及在加工過程中刀具工作部位的受力分析。我們快速掌握了擠壓工藝的關(guān)鍵參數(shù),對(duì)擠光工藝的工藝特性有了全面的了解。同時(shí),通過設(shè)計(jì)制造刀具,研究刀具結(jié)構(gòu)這方面的工作,深入分析零件加工工藝,不斷完善工藝參數(shù),持續(xù)優(yōu)化。這種研制思路打破了原來工作模式。它不僅僅是一種工藝方式的突破。更重要的是為今后的工藝研究提供了一種新的創(chuàng)新思路。

        作者簡介:黃戰(zhàn)鵬,出生:1981.7.2,性別:男,民族:漢,籍貫:陜西.彬縣,現(xiàn)職稱:中級(jí)工程師,學(xué)歷:本科,單位:陜西華興汽車制動(dòng)科技有限公司。

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