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        高精度平面銼削技術(shù)創(chuàng)新

        2022-09-01 15:48:30李曉波渠曉剛王蒲珉孫秀娟
        金屬加工(冷加工) 2022年8期
        關(guān)鍵詞:油光銼刀修整

        李曉波,渠曉剛,王蒲珉,孫秀娟

        1. 山西航天清華裝備有限責(zé)任公司 山西長(zhǎng)治 046000 2. 太原科技大學(xué) 山西太原 030024

        1 序言

        許多高精度零件的平面需要由鉗工銼削加工而成,這些平面一般都有較高的精度要求,除了要達(dá)到較高的尺寸精度和形位精度外,還要求具有足夠低的表面粗糙度值,通常表面粗糙度值Ra要求達(dá)到0.8~1.6μm。在銼削加工過程中,很容易出現(xiàn)劃傷等缺陷,從而導(dǎo)致其表面粗糙度達(dá)不到設(shè)計(jì)要求。因此,一方面對(duì)操作人員的技能水平有較高要求,另一方面在銼刀的選用、銼削方法等工藝措施上也應(yīng)加以重視。

        2 銼削表面劃傷原因分析

        銼削是由操作人員按照一定的方式握持銼刀,使銼刀的工作面與工件的被加工平面接觸,并進(jìn)行平穩(wěn)勻速的往復(fù)推拉運(yùn)動(dòng)。在銼刀向前推進(jìn)的過程中,銼齒對(duì)加工面進(jìn)行切削,去除加工面的余料;在回程過程中,銼齒并不起切削作用。

        銼刀結(jié)構(gòu)如圖1所示。在銼刀的工作面上,按一定的排列規(guī)律布滿銼齒[1](見圖2)。銼齒是銼刀能夠起到切削作用的主要結(jié)構(gòu),用于金屬加工的銼刀,其銼齒一般是用專門的剁齒機(jī)加工而成,銼刀上的每一個(gè)銼齒相當(dāng)于一把單獨(dú)的切削刀具,具有各自的前角、后角等切削角度。銼齒結(jié)構(gòu)如圖3所示,從宏觀來看,這些銼齒以一定的規(guī)律排布在銼刀的工作面上,在銼削時(shí)共同對(duì)材料進(jìn)行切削。每?jī)膳配S齒之間的空隙形成容屑槽,銼削過程中產(chǎn)生的切屑暫時(shí)堆積在這些容屑槽中,隨著銼刀的向前推進(jìn),當(dāng)銼齒離開被加工表面時(shí),切屑通常會(huì)自動(dòng)從銼刀上脫落。當(dāng)銼削過程中產(chǎn)生的切屑較多、較大時(shí),有一部分切屑會(huì)卡在容屑槽內(nèi),甚至高于銼齒的高度,這時(shí)如果銼刀繼續(xù)往前推進(jìn),則切屑會(huì)在銼削表面上形成較深的劃痕。由于這種現(xiàn)象在銼削較軟的材料時(shí)比較容易發(fā)生,所以此時(shí)應(yīng)選用容屑槽較大的粗齒銼刀。

        圖1 銼刀結(jié)構(gòu)

        圖2 銼刀工作面布滿銼齒

        圖3 銼齒結(jié)構(gòu)

        而用于高精度平面銼削的細(xì)銼刀及油光銼,必須具有較小的銼齒,銼齒之間排列得更為緊密,導(dǎo)致其容屑槽較小,尤其是油光銼[2],其容屑槽更為細(xì)小,銼削過程中切屑更容易嵌入銼齒(見圖4)而堆積卡滯,劃傷被加工表面,嚴(yán)重破壞其表面質(zhì)量,銼削加工表面劃痕如圖5所示。這些嵌入銼刀容屑槽的切屑不易清理,有時(shí)用鋼絲刷都難以清除,需用劃針等尖銳工具逐個(gè)剔除,影響加工效率。

        圖4 普通油光銼切屑嵌入銼齒

        圖5 銼削加工表面劃痕

        3 創(chuàng)新設(shè)計(jì)高精度油光銼

        在高精度平面的銼削加工中,為了避免被加工表面劃傷,通常采取減小施加在銼刀上的作用力,或者在銼刀的工作面上涂粉筆灰等措施,但是都不能從根本上解決加工表面被劃傷的問題。尤其是在最后修整階段,操作稍有不慎就會(huì)出現(xiàn)表面劃痕,致使整個(gè)被加工平面的表面質(zhì)量下降,而不得不重新進(jìn)行修整。如果這樣的重復(fù)修整次數(shù)過多,則不僅降低加工效率,還會(huì)影響零件的尺寸精度。

        在生產(chǎn)實(shí)踐中發(fā)現(xiàn),經(jīng)過線切割等電腐蝕加工過的零件表面,在與其他較軟材料零件表面接觸并發(fā)生相互摩擦?xí)r,具有一定的微量切削作用。利用這一發(fā)現(xiàn),使用線切割加工將條狀高速鋼(HSS,俗稱白鋼條)切割開,制成高精度油光銼[3],利用其切割面作為銼削工作面,對(duì)零件被加工表面進(jìn)行銼削修整,取得了較好的效果。

        利用線切割加工出的高精度油光銼如圖6所示,其工作面上遍布著電腐蝕加工時(shí)電擊所形成的微小凹坑。高精度油光銼工作面微小凹坑局部放大如圖7所示,根據(jù)線切割切削參數(shù)的不同,這些微小凹坑的大小為0.5~2.5μm。凹坑之間連接的微小凸起,形成了具有切削作用的銼齒,而凹坑就充當(dāng)了容屑槽。這些銼齒十分細(xì)小,并且在油光銼的工作面上是無規(guī)則地隨機(jī)排列,使用這種油光銼在零件表面進(jìn)行修整時(shí),其切屑為細(xì)微的粉末狀(見圖8),同時(shí)由于油光銼工作面上作為容屑槽的微小凹坑為開放式結(jié)構(gòu),因此在加工過程中,切屑不會(huì)嵌入油光銼的容屑槽內(nèi),從而避免將零件的加工表面劃傷。實(shí)際操作過程中,不論是零件被加工表面,還是油光銼工作面的切屑,用毛刷就可以輕松去除,即使是較軟的材料,使用這種高精度油光銼也能取得很好的修整效果。高精度油光銼加工表面如圖9所示。

        圖6 高精度油光銼

        圖7 油光銼工作面微小凹坑局部放大

        圖8 細(xì)微的粉末狀切屑

        圖9 高精度油光銼加工表面

        傳統(tǒng)的銼刀制造工藝是先加工出銼齒,為了提高銼齒硬度,需進(jìn)行淬火等熱處理工序,最后不可避免地會(huì)造成銼刀發(fā)生凸凹或扭曲等現(xiàn)象,影響其使用性能。而創(chuàng)新設(shè)計(jì)的油光銼使用已經(jīng)過熱處理的高速鋼加工,成形后無需再進(jìn)行熱處理,不會(huì)產(chǎn)生變形。同時(shí)得益于線切割加工的高精度優(yōu)勢(shì),其工作面直線度及平面度能保證在0.02mm之內(nèi),這是高精度油光銼在高精度平面銼削修整加工中的另一個(gè)有利因素。

        4 銼削加工案例

        圖10所示閥套是液壓系統(tǒng)中的重要零件,其上有3組共12個(gè)方孔,用以與閥芯配合控制液壓油的流量,其尺寸精度和表面粗糙度要求較高,尺寸精度需控制在±0.01mm,表面粗糙度值Ra需控制在0.4μm,且同一組方孔的工作面必須嚴(yán)格統(tǒng)一,誤差不能超過0.01mm。該閥套流量控制孔的加工,通常采取精銼后研磨的加工方案。因?yàn)槿绻唤M的4個(gè)方孔中任1個(gè)的工作面尺寸超差,則必須重新修整另外3個(gè),使其工作面保持一致,所以使用普通油光銼修銼過程中經(jīng)常出現(xiàn)表面劃傷現(xiàn)象,導(dǎo)致隨后的修研工作量加大,嚴(yán)重影響加工效率。

        圖10 閥套

        利用改進(jìn)后的高精度油光銼,將閥套流量控制孔的加工方案進(jìn)行優(yōu)化,充分發(fā)揮高精度油光銼不易嵌入切屑的優(yōu)勢(shì),消除了被加工表面劃傷現(xiàn)象,加工后的表面只需微量研磨就可達(dá)到技術(shù)要求,加工效率成倍增加。

        5 結(jié)束語

        機(jī)械化的高度發(fā)展,使得銼削這種手工操作的加工手段只局限在較小的范圍內(nèi)使用,但是需要銼削加工的零件,一般都是機(jī)床難以加工或者加工成本較高的零件,且大多數(shù)是比較重要且精度要求較高的零件。利用新型高精度油光銼,可以在保證零件加工精度的前提下,盡可能地提高加工效率。另外,在鉗工實(shí)操技能比賽中,可以利用高精度油光銼高效修整工件加工表面。

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