嚴冰玉,張劍利,李鳳俠
(西安航空制動科技有限公司,陜西 興平 713106)
在實際生產(chǎn)中,軸類零件外圓磨削,在機械加工中,是較為常見的保證零件尺寸精度和形位公差方法。本文中,拉桿在表面處理鍍硬鉻后,精磨外圓尺寸Φ5.15±0.004mm時,發(fā)現(xiàn)零件表面存在無鉻層現(xiàn)象,磨削尺寸不穩(wěn)定,圓柱度保證困難,經(jīng)調(diào)整設(shè)備,重新研磨中心孔,產(chǎn)品質(zhì)量仍然不能得到改善。為解決這一問題,通過工藝改進驗證試驗,將A型中心孔改為R型中心孔,通過對多個品種的拉桿進行驗證試驗,效果良好,不僅大大提高了生產(chǎn)效率、降低了勞動成本、減少了廢品率。
零件簡圖如下。
圖1 零件簡圖結(jié)構(gòu)分析
在精磨外圓尺寸Φ5.15±0.004mm時,稍度調(diào)整困難,尺寸公差±0.004mm難以保證,圓柱度誤差在0.003mm~0.006mm范圍內(nèi),零件尺寸散差較大,尺寸精度不易控制,導致拉桿桿部存在無鉻層現(xiàn)象。
對于無鉻層的不合格零件,需要進行返修處理。因工藝頂尖孔已不存在,返修只能在無心磨床上進行返修,將退鍍后的兩零件,相背放入簡易工裝中,利用雙面膠粘合,手持零件小外圓,磨削另一邊外圓至尺寸。因鍍鉻時,零件表面的鉻層厚度不一致,而無心磨磨削的加工工藝方法,不能改變零件的位置公差,無鉻層現(xiàn)象通過一次返修后,部分零件仍然存在無鉻層現(xiàn)象,需經(jīng)過數(shù)次返修零件才能合格。經(jīng)返修合格的零件,存在零件表面鍍鉻厚度不一致的風險。
工人師傅經(jīng)過長期摸索,以及加工實際經(jīng)驗積累,一致認為中心孔越小越好,A型中心鉆加工中心孔時,60°錐面要小,中心孔尺寸的一致性要好。且外圓磨在磨削時,合金頂尖的角度一般大于60°,磨削的零件質(zhì)量相對較穩(wěn)定。
圖2 磨削零件質(zhì)量結(jié)構(gòu)
通過生產(chǎn)現(xiàn)場的具體實際加工情況分析可知:
(1)當中心孔的60°錐面較長時,在研磨工序中,研磨使用的頂尖應(yīng)需要研磨的實際面積較大,整個錐面很難完全研磨出來,即理論定位處的圓度差,研磨無法糾正。實際加工中表現(xiàn)的現(xiàn)象為稍度調(diào)整困難,零件圓柱度不易保證,尺寸Φ5.15±0.004mm保證困難。
(2)中心孔的實際加工尺寸的減小,實際頂尖的角度增大,與零件的接觸部位實際為中心孔,孔口邊緣。其實質(zhì)都是將圓錐母線轉(zhuǎn)變?yōu)榫€接觸,減小中心孔和頂尖的接觸面積,減小摩擦力提高定位精度。
通過分析主要原因為在機加過程中,工藝中心孔與合金頂尖接觸不良造成拉桿桿部圓柱度存在誤差。造成中心孔接觸不良的原因如下:
(1)中心鉆自身的角度制作誤差,導致中心孔存在圓度誤差。
(2)零件在加工過程中的跳動量誤差、頂尖的角度誤差、零件熱處理時產(chǎn)生的直線度誤差等,都會使中心孔的精度下降,造成多種誤差。
(3)頂尖孔在熱處理后進行研磨時,研磨不良。
(4)兩中心孔的同軸度誤差,將會造成零件與頂尖的接觸面積減少,使零件產(chǎn)生圓柱度誤差。
(5)頂尖的錐面與中心孔的錐面貼合不良,在精磨外圓時頂尖與零件之間產(chǎn)生徑向微量位移,零件外圓圓柱度較大,導致零件尺寸超差。
中心孔一般是用于工件的裝夾、檢驗、裝配的定位,用于確定軸類等零件中心所加工的工藝孔,加工時作為工件的工藝定位基準和承受工件的自重和切屑力。
圖3 不同類型零件對比
中心孔的型號:
中心孔通常按國家標準GB/T145-2001分為:A、B、C、R四種型號,其中:A型中心孔由圓柱部分和圓錐部分組成,圓錐孔為60°,適用于粗加工或不需要多次裝夾且精度一般的零件。B型中心孔是在A型中心孔的端部多一個120°的圓錐孔,目的是保護60°錐孔,不讓其損傷與破壞。適用于多次裝夾且精度一般較高的零件。C型中心孔外端形似B型中心孔,里端有一個比圓柱孔還要小的螺紋孔,適用于零件之間的緊固連接。R型中心孔是在A型中心孔的基礎(chǔ)上,將圓錐母線改為圓弧線,以減小中心孔和頂尖的接觸面積,減小摩擦力,和頂尖的接觸形式為線接觸,提高了重復定位的精度,較適用于輕型和高精度的軸類零件。
圖4 不同類型零件的中心孔位置
軸類等零件端面上的中心孔通常用中心鉆鉆出,中心鉆用于孔加工的預制精確定位,引導麻花鉆進行孔加工,減少誤差。
常用型中心鉆有A型(不帶護錐)和B型(帶護錐)兩種,特殊型的中心鉆有C型(帶螺紋)和R型(弧形)兩種。
R型中心鉆的主要特點是強度高,它可避免A型和B型中心鉆在其小端圓柱段和60°圓錐部分交接處產(chǎn)生應(yīng)力集中現(xiàn)象,所以在加工過程中不易折斷,操作省時省力,使用壽命長。且用R型中心鉆加工出的R型中心孔具有定位精度高,且能起自動定位作用等優(yōu)越性。
通過對不同型號的中心孔及中心鉆進行分析,R型中心孔是將A型中心孔的圓錐面改為圓弧面,將頂尖與中心孔的圓錐面配合改為線接觸,減少中心孔和頂尖的接觸面積,減小摩擦力提高定位精度。且R型中心鉆本身克服了A型中心鉆鉆孔部分與锪孔部分連接處r小易斷的弊病,用R型中心鉆加工出的R型中心孔具有定位精度高,自動定位作用等優(yōu)越性。
對R型 中 心 鉆R1/2及R1.6/3進 行 分析,R1/2理論作用尺寸為φ1.67-φ1.844,1.6/3理論作用尺寸為φ2.672-φ2.94。從理論分析可知,將A1/2中心鉆改為R1/2型中心孔,將A1.5/2中心鉆改為R1.5/3型中心孔,能夠?qū)υ斐闪慵|(zhì)量不穩(wěn)定情況,具有針對性改善。
為了驗證措施的有效性,在進行批次性驗證試驗時,對拉桿采用R型中心鉆,測量精磨尺寸Φ5.15±0.004mm(見下表),經(jīng)檢測合格率100%,圓柱度基本控制在0.001mm~0.002mm范圍內(nèi),加工質(zhì)量穩(wěn)定,且精磨外圓后無鉻層現(xiàn)象沒有發(fā)生。
表1 采取措施后的拉桿外圓尺寸檢測數(shù)據(jù)
生產(chǎn)過程能力分析:
計算樣本平均值:
計算樣本標準差:
計算過程能力指數(shù):
通過查閱過程能力指數(shù)表,精磨外圓尺寸過程能力指數(shù)1.67≥Cpk>1.3,且成正態(tài)分布。證明過程能力穩(wěn)定,過程能力報告見下圖。
圖5 精磨外圓尺寸過程能力指數(shù)分析
隨著制造技術(shù)的不斷發(fā)展,裝備性能的不斷提升,對零部件的性能也提出更高要求,人們對于零件的精度、質(zhì)量的要求已經(jīng)越來越高。因而,采用R型中心孔代替A型中心孔,將A型中心孔的圓錐面改為圓弧面,將頂尖與中心孔的圓錐面配合改為線接觸,減小中心孔和頂尖的接觸面積,能很好地提高定位精度,進而提高零件磨外圓磨削的加工精度,保證尺寸精度要求。在保證尺寸精度的同時,提高了生產(chǎn)效率,降低了加工成本,減小返工等損失,創(chuàng)造出了良好的經(jīng)濟效益。使因為工藝中心孔與合金頂尖接觸不良,造成拉桿桿部圓柱度誤差而導致的返修率降低為零。