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細長活塞桿零件，是工程汽車吊里伸縮臂上用的細長活塞桿，是一個關鍵零部件。由于它比較長，尺寸精度及表面質量要求又高，加工的困難是相當大的。作者經過多年的摸索，試加工，無數次的失敗。終于摸索出加工該類產品的一整套完整、成熟工藝，供各位同行參考。 一、問題的提出 在車工工藝學里,當工件長度和直徑之比大于25(L/D>25)就構成了細長軸，而本文所述的活塞桿的長度和直徑之比遠大于此數(L/D達到70多)，俗話說：“車工怕細和長”。由于細長軸本身剛性差，車削時因切削力、切削熱和振動等因素的影響，加工起來相當困難，在車削中，會出現相當多的麻煩：（1）工件受切削力、自重和旋轉時離心力的作用，容易產生彎曲、振動等情況，嚴重影響其圓度、圓柱度、尺寸精度以及表面粗糙度等。（2）在切削過程中，工件受熱伸長產生彎曲變形，易產生錐度、腰鼓形、麻花![]() 圖1（A） 活塞桿生產用圖
9 k8 a( \9 u1 k% C) h( c9 p 形和竹節形等缺陷，使切削過程中出現很多不可預測的問題。所以車削細長軸時，看似簡單，但對刀具、機床精度、輔助工具和切削用量的選擇及對操作者的經驗均有較高的要求。 二、問題的分析 加工如圖1的活塞桿，主要需要解決的問題是（1）￠70 dc3外圓尺寸精度和表面粗糙度。在粗車和半精車削時，由于工件剛性差，車削過程中易引起振動，使圓度和圓柱度超差，直接影響到精車的順利進行，（2）刀具耐磨性不好時（如用高速鋼作寬刀刃時）車至3000—3500mm時，刀刃已顯磨鈍，使外圓尺寸變化過大，容易產生扎刀現象，表面粗糙度值達不到技術要求。從微觀上看，有凹坑和凸棱，使密封圈較快磨損，降低了使用壽命，直接影響到整機性能上承諾的平均無故障工作時間。所以要解決好上述問題，就必須解決好加工工藝問題，解決好刀具材料問題，解決好￠70dc3 的尺寸精度問題和￠70dc3外圓的表面質量問題。 三、問題的解決（加工工藝） 在車床加工這樣的活塞桿。我主要采用了以下加工工藝。 檢查：檢查毛坯尺寸，看是否符合毛坯尺寸要求。 校直：這是非常重要的一道工序。它直接影響到加工過程的順利進行及加工后的產品質量(加工后活塞桿的直線度)。此工序在自制的校直機上進行。要求在兩支點支承，毛坯在自由狀態下在全長的范圍內圓跳動在1.5mm以下。 ![]() 粗車：用四爪卡盤一頂一夾裝夾，夾持毛坯的外園上套上一個開口的￠5的鋼絲圈，這樣使毛坯與卡爪之間形成線接觸，起到萬向調節作用，以免裝夾時形成過定位的現象（如圖2） 。后頂針最好采用彈性頂針頂持，較正工件中間的過渡套，使其圓跳動0.3mm，上母線、側母線與導軌的平行度在0.30 mm內 [url=]（見圖3示意圖）[/url]。車削時采用從床頭往床尾方向車削，這樣，軸向切削分力與正走刀相反，使工件切削時工件承受了軸向拉力，對減小振動和彎曲變形，克服細長軸加工時常出現的缺陷有好處。 ) G2 G' `# \+ L* S: e
圖3過渡套的使用 ; j" w% e: H. L
跟刀架要采用三爪形式的跟刀架，以減少工件振動和變形，提高加工精度彌補因工件剛性不足所引起的種種弊端。支承爪的
材料以QT60-2球墨鑄鐵為宜，因為鑄鐵耐熱性、耐磨性好，又不會刮傷工件表面，且能吸收振動。不要用銅爪和鋼爪，因為銅爪易磨損，鋼爪易與工件 “咬死” ，支承爪與跟刀架支柱為過盈配合,不得有松動的現象，支承爪伸出長度應小于與跟刀架內孔配合長度的二分之一，支承爪與工件接觸面積應超過80%，而且它的圓弧半徑應與工件圓弧相一致,最好能按照下述方法進行修磨：在靠近卡盤處將工件粗車一段,長度大于支承爪的軸向寬度，直徑與工件要求尺寸相同或稍大于工件成品尺寸0.1--0.2毫米，表面粗糙度值為Ra6.3以下,工件以300轉/分的速度旋轉，分別將三個支承爪逐步壓向工件表面進行研磨,不允許用冷卻液沖掉研磨下來的粉末，在磨合2--3分鐘后再加機油進行研磨，即可使用。使用時要重新調正支承爪，使其與工件輕輕貼合。跟刀架底面與拖板接觸面應進行研合，跟刀架應裝在車刀后邊1.5--2毫米處，車刀軸向切入工件20--30毫米時,應迅速先外側、后上側將支承爪與工件已加工表面接觸，切削過程中，因為機床導軌磨損不均會引起跟刀架上支承爪對工件的壓力變化，但外側支承爪不得任意調整。為了減少跟刀架與工件的摩擦，車削過程中，要自始至終澆注充分的冷卻潤滑液（乳化液）。車削時工件熱伸張比較嚴重，容易引起彎曲變形和振動。如果不是采用彈性頂針時，要隨時注意調整尾座頂尖的松緊程度，頂尖的松緊以手指捏住時即停止轉動,手指松開時頂尖即靈活轉動為宜。大約在走刀長度500毫米左右時就需要檢查一次，以防止工件由于產生軸向熱伸張引起的彎曲變形。尾座頂尖千萬不可頂死。 % }4 s8 w; {+ g3 m+ i
刀具的選擇：車削此細長活塞桿的￠70 dc3外圓時，選擇如圖4所示的主偏角為75°的左偏刀進行粗車，車削細長軸時，對工件來說總希望盡量減少徑向力，但又希望保持一定的徑向切削力，將工件壓緊在跟刀架支承爪上。所以選擇主偏角為75°左偏刀較為合適，同時刀頭強度也較好。后角采用雙重后角，利于消振，而又不易崩刃。前角稍取大一些，約15°至20°，使切削輕快，減少切削力，減少切削變形。刃口處磨有0.1至0.2寬、0°至-5°的負倒棱，增加刀刃的強度，還修磨有0.2—0.3mm的過渡刃。前、后刀面要用油石研磨，盡可能降低表面粗糙度值,以利于提高刀具的耐用度。車刀刀片的牌號采用常見的YT15硬質合金。切削用量的選擇為轉速n=300轉/分左右，不能過高，過高會產生振動等不良現象，轉速過低效率會低，沒效益。進給量f=0.3--0.4mm/轉，切削深度ap=2mm。粗車時主要控制好外圓的形狀公差，形狀公差控制不好，對后工序加工將會造成非常不利的影響。 半精車：采用的裝夾方法、切削方法和刀具與粗車基本一樣。切削用量方面，切削深度ap=1mm左右，留精車余量約為0.1至0.2mm左右。進給量f=0.2--0.3mm/轉。關鍵要控制圓度、圓柱度要符合圖紙要求。表面粗糙度為Ra6.3。 ![]() 圖4 75°車刀 精車：精車首先要重新研磨跟刀架上的三個卡爪，采用跟刀架在前，刀具在后的切削形式，以便于測量尺寸，減小半精車時形狀誤差對精車的影響。采用寬刃刀車削。刀具形狀和角度如圖5所示。 寬刃刀刃口兩端各有一個8°的角度并與主切削刃用R10園弧聯接，起到切入工件時有一個緩沖和防止刀具兩端尖角扎入工件的作用。前角取25°至30°的較大前角，后角取5°到8°使刀具鋒利。前、后刀面要用油石研磨，盡可能降低表面粗糙度值,以利于提高刀具的耐用度和降低表面粗糙度。刀具材料采用硬質合金YG6或YG8，選用的理由是因為該合金有較好的硬度、韌性和耐磨性（相對于高速鋼），而且容易磨得鋒利。不容易產生崩刃現象。如果采用高速鋼刀具，耐磨性不夠好。車至3000mm左右時因刀具磨損而產生尺寸變化。采用YT15刃口容易產生崩刃現象（微觀狀態下觀察）。切削用量的選擇是：切削速度n=8－12轉/分。進給量f=10－15mm/轉。要控制好切削深度，使尺寸符合￠70-0.076-0.03的公差范圍之內，表面粗糙度Ra1.6－0.8。 ![]() 圖5 寬刃刀
7 G7 `" ~$ Y- ]- ?. a! k3 |1 r2 ` 滾壓：在車床上應用滾壓工具在工件表面作相對滾動，并施加一定壓力。強行滾壓。使金屬表層產生朔性變形。修整工件表面的微觀幾何形狀。降低表面粗糙度，提高工件表面硬度、耐磨性和抗疲勞強度。是一種經濟的、較易獲得較低表面粗糙度值的一種加工方法。本人在加工這種活塞桿時。由于無法用外圓磨床進行加工，所以表面的最后光整加工采用了滾壓加工方法。由于工件是細長桿，工件剛度較小，故采用鏡博士外徑型滾壓刀的方式滾壓，這樣可使滾壓力相互低消，工件不受到勁向力的影響。滾壓工具見圖6。 在滾壓加工過程中要注意考慮以下幾個問題：滾壓力、滾壓過盈量、 ![]() ?![]()
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圖6 單個滾壓工具 ) u, z* H0 l! x
進給量、滾壓次數、滾壓速度、工件的原始條件和切削液等。
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7 S0 o- j T* d8 k$ n圖8 三點滾壓示意圖 滾壓力F 滾壓力是滾壓過程中最重要的工藝參數，它是滾壓加工時滾壓工具對工件的壓力。但在滾壓過程中，起決定作用的不是滾壓力的總值，而是滾力和與滾壓工具和工件之間實際接觸面積A的比值，即單位滾壓力P。 P=F/A P的大小直接關系到工件表面的變形程度，因而影響壓光后的表面粗糙度和冷硬程度。合理確定滾壓力是比較復雜的，因為滾壓力與各種滾壓參數都有關系。一般來說，工件材料的硬度越高，原始表面粗糙度越高，滾壓元件工作型面曲率半徑越大，進給量越大，滾壓力也相應增大。這也是本人在細長軸滾壓時采用鋼球式滾壓而不采用滾輪或滾柱滾壓的依據之一。同時，滾壓力的確定還要受工件的尺寸、結構、以及工藝系統剛性等條件的限制。由于金屬組織的不均勻性和塑性變形的不均勻性，以及工件表面微觀不平的差別，按理論計算的滾壓力與實際有一定出入。我采用的辦法是用試驗方法來確定滾壓力。比較直觀的辦法是用調節滾壓過盈量來控制滾壓力的大小。 滾壓過盈量i 工件外圓滾壓過盈量的一半是滾壓元件壓入工件表面的深度。ī是由兩部分組成的，i/2=e/δ。 式中e-------工件被滾壓表面半徑方向上的彈性變形量（mm）； δ——工件的塑性變形量（mm） e和δ的大小均與材料的性能有關。在實際滾壓加工時，一般不用計算方法，而用行程試驗法，即利用工件的一小段或專門的試驗用工件，逐漸加大滾壓力進行3－5次試驗，隨時檢查滾壓質量，合理選擇滾壓過盈量。 進給量f 進給量也是關系滾壓質量的重要工藝參數。一般應根據工件材料、形狀，滾壓元件和工件技術要求而確定。進給量f過大工件表面粗糙度高（尤其是采用鋼球滾壓時）。 F過小，工件表面內重復滾壓，容易產生疲勞裂紋，也會降低滾壓質量，一般采用f=0.1—0.25mm/轉，滾壓次數以1－2次為宜。 ( s9 l5 j3 X8 a y
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發表于 2011-1-14 12:38:37
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