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        燃機(jī)產(chǎn)品階梯銷孔加工方法研究

        2023-11-09 09:09:58馬文寶董兆鵬韓海瑞
        機(jī)電信息 2023年21期

        馬文寶 董兆鵬 韓海瑞

        (共享裝備股份有限公司,寧夏 銀川 750021)

        0 引言

        燃?xì)廨啓C(jī)作為一種應(yīng)用廣泛的大功率、高性能動力機(jī)械,其配套零部件上設(shè)計有一種階梯銷孔的特征(圖1),同軸度、位置度要求較高,使用兩把刀分開鉆孔、鉸孔可能會導(dǎo)致加工出來的階梯銷孔不能與配件很好配合,無法滿足設(shè)計要求。另外,還可能導(dǎo)致鉸刀在鉸孔的過程中因底孔質(zhì)量差而發(fā)生斷裂,對工件本身產(chǎn)生機(jī)損,影響加工效率。置精度。

        圖1 階梯銷孔結(jié)構(gòu)

        為了使加工出來的階梯銷孔能夠滿足設(shè)計的同軸度要求及位置度要求,研究總結(jié)出一種階梯銷孔的加工方法,經(jīng)過實(shí)際現(xiàn)場試切及加工驗(yàn)證,證明此種加工方法能夠解決上述問題。

        1 工藝流程

        一般鉸孔是擴(kuò)大一個已經(jīng)存在的孔,用鉸刀從工件原有孔壁上切除微量金屬層,以提高其尺寸精

        鉸孔是利用鉸刀對已有的孔進(jìn)行半加工和精加工的一種加工工藝。鉸孔主要用于中小尺寸的孔的精加工和半精加工,能有效糾正孔的圓度誤差,達(dá)到較高的表面質(zhì)量。由于鉸刀一般齒數(shù)較多,導(dǎo)向性好,心部直徑大,刀具的剛性好,鉸削余量小,鉸刀切削的厚度較薄,因此,加工精度可達(dá)IT7~I(xiàn)T9級,表面粗糙度值一般可達(dá)Ra0.4~1.6 μm。但是它不能保證孔的位置精度,因此在前道工序應(yīng)保證底孔的位度和減小其表面粗糙度值的方法[1]。其工藝流程為:鉆定位孔、鉆(擴(kuò))底孔、鉸孔。該工藝流程對于本文所述的階梯銷孔結(jié)構(gòu)同樣適用,具體的工藝流程如下:

        (1)在槽子內(nèi)壁上加工φ16.2沉孔;(2)沉孔底部鉆底孔的定位孔;(3)在定位孔上鉆底孔φ15.2/φ9.2;(4)鉸孔φ15.6/φ9.6。

        注意事項(xiàng):

        (1)加工φ16.2沉孔,由于刀具是單邊吃量,容易發(fā)生讓刀的情況,故在加工過程中刀具吃刀量不能太大,需選用剛性較好的刀具進(jìn)行加工。根據(jù)加工產(chǎn)品材質(zhì)的不同,可靈活定制刀具的材質(zhì)。(2)鉆定位孔時,中心鉆的直徑需小于φ16.2沉孔(實(shí)際使用刀具為φ10的中心鉆),保證在加工過程中不會產(chǎn)生干涉,防止撞刀。(3)底孔φ15.2/φ9.2需一次加工完成。(4)鉸孔φ15.6/φ9.6需一次加工完成。(5)在加工過程中,根據(jù)工件材質(zhì)的不同,鉸孔的質(zhì)量可能存在些許差異,故在鉆完底孔φ15.2/φ9.2后,可增加擴(kuò)孔或者粗鉸孔工序,以減少鉸孔φ15.6/φ9.6時的鉸削余量,提交鉸孔質(zhì)量。(6)由于底孔φ15.2/φ9.2和鉸孔φ15.6/φ9.6都需要一次性加工完成,所以在工件上正式加工之前必須要先在試切件上進(jìn)行試切。一方面,試切可以檢查刀具是否合適,加工出來的孔的大小是否超差;另一方面,可以試切φ15.2/φ9.2鉆頭和φ15.6/φ9.6鉸刀的最佳切削參數(shù),以此來保證在工件上加工出來的銷孔是合格的,提高鉸孔質(zhì)量。

        2 刀具選擇

        上述工藝流程中φ16.2沉孔和定位孔按照通用加工方法選用正常加工刀具:立銑刀、中心鉆,合理選擇規(guī)格即可?,F(xiàn)對鉆孔及鉸孔刀具進(jìn)行詳述。

        (1)鉆孔φ15.2/φ9.2:在鉆孔時,若將兩個底孔分開進(jìn)行加工,那么可能會使兩孔的同軸度在鉆底孔時就超出公差范圍,在后續(xù)鉸孔時會造成鉸刀上下受力不均而斷裂,對產(chǎn)品本身產(chǎn)生機(jī)損。故底孔φ15.2/φ9.2使用一把刀同時加工完成,刀具如圖2、圖3所示(圖2右側(cè)為φ15.2/φ9.2鉆頭)。需注意:此鉆頭在加工時,前端φ9.2部分先進(jìn)行切削,鉆出時要經(jīng)過槽子鉆φ9.6銷孔的φ9.2底孔,加工此孔時槽底部端面是沒有定位孔的,那么就需要此鉆頭的鉆尖起到一部分定位作用,但是由經(jīng)驗(yàn)可知,麻花鉆的鉆尖是無法打定位孔的,故在設(shè)計制作鉆頭時就需要明確鉆頭前端直徑為φ9.2部分的長度必須大于槽子寬度,要保證鉆頭φ9.2部分在從φ15.2的孔完全鉆出時有一部分已經(jīng)鉆進(jìn)φ9.2底孔內(nèi),利用鉆頭前端整體的剛性保證φ9.2定位孔的精度。為達(dá)到此目的,刀具的材料要選用硬質(zhì)合金,例如YT30,具體刀具材質(zhì)可根據(jù)加工產(chǎn)品材質(zhì)的不同靈活選擇。

        圖2 刀具(左側(cè)為φ15.6/φ9.6鉸刀,右側(cè)為φ15.2/φ9.2鉆頭)

        圖3 φ15.2/φ9.2鉆頭

        (2)鉸孔φ15.6/φ9.6:為保證此階梯銷孔的同軸度及位置度要求,鉸孔必須使用一把刀一次完成兩個孔的加工,刀具如圖2、圖4所示(圖2左側(cè)為φ15.6/φ9.6鉸刀)。在加工過程中若孔的數(shù)量較多,那么極有可能是刀具磨損導(dǎo)致最終加工出來的銷孔尺寸偏小,無法進(jìn)差。故在加工時需時刻注意銷孔直徑,若測量尺寸接近銷孔直徑下偏差,那么就需及時更換新的鉸刀,驗(yàn)證刀具的圓跳動后再進(jìn)行加工,確保鉸孔能夠一次性合格。

        圖4 φ15.6/φ9.6鉸刀

        注意事項(xiàng):

        (1)在保證刀具裝卡時不與工件及夾具產(chǎn)生干涉的情況下,應(yīng)盡可能縮短鉆頭和鉸刀的刀長,保證鉆頭和鉸刀具有足夠的剛性,防止在加工過程中有斷裂的情況發(fā)生。(2)鉆頭和鉸刀的大小端同軸度需在0.02 mm內(nèi),跳動公差需在0.02 mm內(nèi)。(3)鉆頭和鉸刀的夾持單元在裝卡到機(jī)床主軸時,需保證其圓跳動公差在0.02 mm以內(nèi)方可進(jìn)行加工,故在實(shí)際加工前,首先需檢查機(jī)床主軸跳動剛性、松拉刀拉力大小。(4)為保證銷孔的加工質(zhì)量,延長刀具使用壽命,在加工過程中要正確選用切削液,降低切削過程中刀具和工件的溫度,改善散熱,抑制積屑瘤的產(chǎn)生[2];減少切屑細(xì)末粘附在鉸刀刀刃上、孔壁和鉸刀的刃帶之間,以免影響孔的表面粗糙度。一般切削液為乳化液,濃度根據(jù)工件材質(zhì)及實(shí)際加工工況進(jìn)行選擇。

        3 切削參數(shù)選擇

        經(jīng)過現(xiàn)場實(shí)際試切及加工驗(yàn)證,得到鉆孔和鉸孔的參數(shù)如下:(1)鉆孔φ15.2/φ9.2:機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速n=240~300 r/min,進(jìn)給f=12~15 mm/min;(2)鉸孔φ15.6/φ9.6:機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速n=65~70 r/min,進(jìn)給f=4~6 mm/min。

        按照上述參數(shù)加工完成后,底孔的直徑可以達(dá)到15.2/9.20+0.1mm,能夠有效確保鉸孔時有足夠的鉸削余量,控制余量在0.3~0.4 mm,底孔內(nèi)壁的粗糙度能夠達(dá)到Ra1.6 μm左右,提高了鉸孔的質(zhì)量。鉸孔完成后銷孔內(nèi)壁粗糙度可以達(dá)到Ra0.6~1.6 μm,兩個銷孔的同軸度可以達(dá)到0.02 mm以內(nèi)。

        對于其他規(guī)格尺寸階梯銷孔的加工,切削參數(shù)可根據(jù)公式n=1 000vc/πD,結(jié)合上述參數(shù)進(jìn)行計算得出。但是由于使用的鉸刀一把刀存在兩種直徑,所以此參數(shù)僅能作為參考,在實(shí)際加工前需先進(jìn)行試切驗(yàn)證,得到最優(yōu)參數(shù)后方可在產(chǎn)品上進(jìn)行加工,避免理論參數(shù)與實(shí)際加工參數(shù)的偏差導(dǎo)致加工出來的銷孔質(zhì)量不合格。

        4 加工過程中遇到的問題及解決方法

        4.1 φ9.6銷孔直徑偏小

        此加工方法旨在用一把刀一次性加工完成直徑大小不同的兩個銷孔,所以在加工過程中鉸刀φ9.6、φ15.6兩個部分的磨損速度會有所不同,在轉(zhuǎn)速相等的情況下,直徑越小的部分刀具的線速度越大,則磨損越快,由此導(dǎo)致在加工過程中,部分φ15.6的銷孔直徑在公差內(nèi),但φ9.6的銷孔直徑則偏小,在下偏差外。

        為解決此問題,在設(shè)計制作刀具時,將直徑為φ9.6部位原本的設(shè)計公差φ9.60+0.012更改為φ9.6+0.05+0.012,以平衡鉸刀φ15.6和φ9.6的磨損速度,使φ15.6和φ9.6部位的直徑在加工過程中磨損后盡可能同時到達(dá)各自直徑的下偏差。同時,為減緩刀具的磨損速度,在加工過程中需確保有足夠的切削液,以降低刀具的切削溫度。

        4.2 鉸刀斷裂

        本文所述鉸刀的切削刃由φ9.6和φ15.6兩部分組成,在加工過程中若底孔的同軸度較差,那么在鉸孔時鉸刀的兩部分受到擠壓的力就會不均勻,極易發(fā)生鉸刀斷裂的情況,影響鉸孔質(zhì)量。

        為解決此問題,在使用φ15.2/φ9.2鉆頭鉆底孔前,必須使用中心鉆先打定位孔,確保鉆頭在鉆孔時不會發(fā)生偏移。另外,鉆頭φ9.2部位的有效切削刃的長度必須大于中間槽子的寬度,以保證鉆頭φ9.2部位在完全鉆透槽子上端面時,至少鉆尖或者部分切削刃已經(jīng)鉆進(jìn)槽子下端面,在輔助鉆φ9.2孔定位的同時保證底孔的同軸度在0.02 mm內(nèi)。

        4.3 底孔質(zhì)量不合格

        底孔質(zhì)量不合格一般存在兩種情況:尺寸不合格、位置度不合格。

        尺寸不合格一般是由于刀具尺寸不合格或切削參數(shù)不合適。刀具尺寸不合格需重新補(bǔ)充采購新的刀具,使用前對刀具進(jìn)行檢驗(yàn),確保刀具直徑在設(shè)計公差內(nèi)再進(jìn)行加工;切削參數(shù)在上文給出了推薦值,但是此參數(shù)僅針對在特定工況下加工特定的產(chǎn)品,若加工其他產(chǎn)品需先根據(jù)公式推算出理論切削參數(shù),再進(jìn)行試切,得出適合實(shí)際加工的切削參數(shù)。

        位置度不合格需先確定刀具的圓度是在公差內(nèi)的,再考慮機(jī)床主軸的跳動情況及松拉刀的拉緊程度。

        5 結(jié)論

        采用上述加工方法可滿足階梯銷孔的同軸度及位置度要求,保證刀具直徑、同軸度在設(shè)計公差內(nèi),還可降低機(jī)床質(zhì)量事件發(fā)生的概率,提升加工效率。

        通過實(shí)際驗(yàn)證得出,φ15.6/φ9.6階梯銷孔底孔及鉸孔加工均使用定制刀具φ15.2/φ9.2鉆頭和φ15.6/φ9.6鉸刀一次性完成。鉆孔φ15.2/φ9.2時,機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速n=240~300 r/min,進(jìn)給f=12~15 mm/min;鉸孔φ15.6/φ9.6時,機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速n=65~70 r/min,進(jìn)給f=4~6 mm/min。加工完成后,銷孔直徑合格,均在公差范圍內(nèi):φ15.60+0.018、φ9.60+0.015;內(nèi)壁粗糙度合格,達(dá)到Ra0.6~1.6 μm;兩個銷孔的同軸度合格,在0.02 mm內(nèi);位置度合格,在分度圓φ2 293.01上均在公差范圍φ0.2 mm內(nèi)。

        本文僅以φ15.6/φ9.6階梯銷孔為例進(jìn)行敘述說明,對于相似特征產(chǎn)品的加工,也可使用此種加工方法,刀具及切削參數(shù)的選擇可參考上文參數(shù),利用公式進(jìn)行推算得出理論參數(shù),然后進(jìn)行試切得到最優(yōu)參數(shù),再進(jìn)行加工。

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