論提升連接器毛細(xì)管插孔同軸度合格率的研究

羅光權(quán)

（貴州航天電器股份有限公司，貴陽 550009）

插孔是連接器的核心零部件之一，插孔的各項(xiàng)性能特征不僅可以體現(xiàn)該種連接器產(chǎn)品的設(shè)計(jì)水平，同時還能反映出實(shí)現(xiàn)其結(jié)構(gòu)的工藝水平與加工難度。

隨著軍事和民用科學(xué)技術(shù)的逐步提高，一些特殊連接器產(chǎn)品相繼產(chǎn)生，它們要求具有高速傳輸速率、滿足大流量數(shù)據(jù)的傳輸和交換、高密封性、高溫適應(yīng)性、低溫適應(yīng)性、信號傳輸可靠性，而且體積越來越小，如毛紐扣連接器和納米級連接器等。這些特殊要求對連接器開發(fā)商來說是一種巨大的挑戰(zhàn)，主要是如何應(yīng)對這種特殊要求連接器關(guān)鍵核心部件的批量加工問題，如何從原材料質(zhì)量、加工設(shè)備可匹配性、工藝可操作性和質(zhì)檢可控方面入手，提升零部件的一致性，保證合格率[1]。本文介紹一種某型號微型特殊連接器核心接觸件加工，即毛細(xì)管插孔的加工，研究如何提升毛細(xì)管插孔車削成形工序同軸度合格率。

1 現(xiàn)狀描述

1.1 毛細(xì)管插孔材質(zhì)

某型號微型特殊連接器毛細(xì)管插孔按照《銅及銅合金擠制棒》（GB/T 13808-1992）將材料選擇為易車削的錫青銅QSn4-3 Y，其材料成分如表1所示。

從表1中QSn4-3 Y成分可知，錫青銅線是以錫為主要合金元素的青銅。含錫量一般在3%～14%，主要用于制作彈性元件和耐磨零件。錫青銅中加鉛可以改善可切削性和耐磨性，加鋅可改造鑄造性能。根據(jù)《銅及銅合金擠制棒》（GB/T 13808-1992），其機(jī)械性能參數(shù)如表2所示。

硬度只有HRC22～32，相對于不銹鋼、玻封合金、高溫合金來說，其硬度要低得很多，同時，一般硬質(zhì)合金刀具的硬度≥HRC50，所以，對于小批量零件的加工，用普通硬質(zhì)合金材料的刀具能滿足要求，但是如果零件批量大，同時零件尺寸公差很小，則就需要高性能的刀具材質(zhì)才能保證質(zhì)量的穩(wěn)定性。

1.2 毛細(xì)管結(jié)構(gòu)特征

通常所說毛細(xì)管零件是指尺寸非常小，肉眼無法觀察的零件。例如，外徑小于φ0.45mm，內(nèi)徑小于φ0.30mm，壁薄柔軟，容易變形，所以被稱為毛細(xì)管。除了內(nèi)外徑的尺寸特征外，還有一些特殊技術(shù)要求，如內(nèi)徑公差≤0.025mm、外徑公差≤0.014mm、長徑比≥10、和同軸度≤0.01mm等。本文重點(diǎn)介紹如何保證同軸度0.01mm的合格率問題。

1.3 技術(shù)難點(diǎn)

走芯自動車適合加工又細(xì)又小的軸和管狀零件，具有精度高、變形小和高效車削性能。

從前期批量加工情況來看，合格率較低，主要表現(xiàn)在毛細(xì)管同軸度差，切斷端孔偏嚴(yán)重，比例約20%～60%，同軸度最大為0.06Max，有的甚至已經(jīng)穿壁了，這類不良品需要挑選剔除。為了滿足同軸度要求，需要頻繁修磨鉆頭，重新裝上鉆頭后也要耗費(fèi)大量的調(diào)試時間。

2 原因分析

影響小直徑鉆頭壽命的因數(shù)有很多，如工件材質(zhì)、刀具材質(zhì)、切削參數(shù)、設(shè)備性能以及刀具角度參數(shù)等，但是工件材質(zhì)是由客戶決定的，是不可改變的因素。對于如何提高小直徑壽命的措施也有很多，首先可以從本質(zhì)上進(jìn)行改善，如改善鉆頭的材質(zhì)，以提高鉆頭刃體的強(qiáng)度和耐磨性，其次是在鉆頭使用過程中進(jìn)行改善，進(jìn)行人為的保護(hù)，不斷地修正鉆頭的鉆尖參數(shù)，使其始終達(dá)到最佳狀態(tài)，這是人為因素，受操作者的技能水平限制。

3 對策措施

3.1 鉆頭結(jié)構(gòu)分析與選擇

麻花鉆結(jié)構(gòu)是最典型的鉆頭結(jié)構(gòu)，它的適用范圍最廣，其刃體上的雙面螺旋槽具有很好的排削作用，但在鉆頭刃徑不變的情況下，雙面螺旋槽的容削室占據(jù)了一定比例的鉆頭實(shí)體，范圍在0.55D～0.9D，這就導(dǎo)致麻花鉆的鉆芯直徑只有0.1D～0.45D，對于一些超小直徑的鉆頭，如果仍然按照麻花鉆的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，就會大大降低鉆頭的扭矩抗力和沖擊抗力，在加工工件時鉆頭刃體部分極易折斷，不能滿足批量加工的需求，特別是在鉆頭直徑小于φ0.3mm時，鉆芯直徑最大只有φ0.135mm。實(shí)踐表明，用麻花鉆加工特種連接器的毛細(xì)管插孔時，根本就無法加工。因此，結(jié)合以往的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，筆者選擇了一種結(jié)構(gòu)簡單，抗扭矩力強(qiáng)，抗沖擊力高，并且具有很好排削性能的單排削室鉆頭，即常說的扁鉆。

3.2 優(yōu)選鉆頭材質(zhì)

對于銅合金類毛細(xì)管工件，由于銅合金的硬度不高，切削性能好，因此，銅合金工件對刀具的材質(zhì)硬度要求不高，但對材質(zhì)的綜合性能要求高，如抗彎強(qiáng)度、抗沖擊性、熱導(dǎo)率等。筆者將材料類別目標(biāo)鎖定在超細(xì)顆粒碳化鎢硬質(zhì)合金棒或高性能高速工具高作為坯料[2]。

表1 錫青銅QSn4-3 Y系列材料成分

表2 機(jī)械性能參數(shù)

對于常用高速鋼的種類、牌號及主要性能，高性能高速鋼分為高碳、高釩、含鈷、含鋁高速鋼，抗彎強(qiáng)度最高的是高釩高速鋼，約3.136GPa，但抗沖擊性能低，約0.245MJ/m2，抗沖擊性能最高的是含鈷類高速鋼，約0.294MJ/m2，如牌號為：W6Mo5Cr4V2Co8的含鈷高性能高速鋼。

3.3 無心磨QSn4-3 Y材料

長期以來，走心自動車的原材料要么是將圈料用拉拔機(jī)進(jìn)行拔直并剪斷后使用，要么是直接購買1500～2000mm的直料，購買直料受直徑大小的限制，一般要求直徑大于φ1.8，否則運(yùn)輸與周轉(zhuǎn)過程中會產(chǎn)生變形。前者采用拔料機(jī)拉拔過程中導(dǎo)向輪磨損會導(dǎo)致材料局部扭曲變形，測量徑向尺寸存在一定的橢圓度0.04Max，如果將這種材料用無心磨床進(jìn)行研磨，則橢圓度問題就可以解決[3]。

3.4 扁鉆加工

扁鉆加工流程：材質(zhì)選擇→下料（割斷長30mm）→磨臺階外徑φ0.28mm→尺寸檢測→磨排削槽→前刀面打磨拋光→刃磨后角和峰角→檢驗(yàn)→覆涂層（可選項(xiàng)）。加工后的扁鉆如圖1所示。

3.5 車削成形參數(shù)

車削成形工序參數(shù)主要指走心自動車的主軸轉(zhuǎn)速，也即分配軸的轉(zhuǎn)速。經(jīng)過多次試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，耗時較長的是打孔，因?yàn)橐紤]到鉆頭的壽命問題，如果進(jìn)給太快，鉆頭的壽命將會大打折扣，通過對某產(chǎn)品插孔兩批次的加工進(jìn)行驗(yàn)證，最佳的主軸轉(zhuǎn)速在3000～4000r/min。

圖1 扁鉆結(jié)構(gòu)

4 批量生產(chǎn)

4.1 生產(chǎn)產(chǎn)量情況

通過樣板鉆鉆頭材質(zhì)的改善、刃磨要求的統(tǒng)一、無心磨磨原材料消除橢圓度等一系列措施，解決影響毛細(xì)管插孔孔偏的影響因素，逐步提高批產(chǎn)的同軸度合格率。表3是2016年上半年實(shí)施以上對策措施以來車間的生產(chǎn)情況。

表3 2016年走心自動車加工某插孔產(chǎn)量統(tǒng)計(jì)

截止5月份，累計(jì)加工10.13萬件，月均產(chǎn)量2.02萬件，產(chǎn)量逐月上升趨勢，其中5月份達(dá)到最高產(chǎn)量2.63萬件。

4.2 質(zhì)量情況

整體質(zhì)量穩(wěn)定，無外部退貨及孔偏問題反饋，涉及與孔偏有關(guān)的內(nèi)部審理單2份，總共不良零件0.6萬件，半年度不良零件占比5.9%。3-5月連續(xù)三個月無內(nèi)外部質(zhì)量反饋信息，審理單0份，合格率為100%。4月中旬，對孔偏穩(wěn)定性進(jìn)行了隨機(jī)抽檢拍照和同軸度檢測，詳情如表4所示。

整體偏下限，說明大部分零件測得的同軸度偏下限，集中度在0～0.021，質(zhì)量較高，實(shí)物拍照如圖2所示。

圖2 切斷端孔拍照（倍率40）

5 結(jié)語

通過優(yōu)選樣板鉆坯料材質(zhì)，采用超細(xì)顆粒碳化鎢硬質(zhì)合金棒或含高鈷的高性能高速工具高作為坯料，提升樣板鉆材質(zhì)的綜合性能，使機(jī)械性能的指標(biāo)得到提高，如抗彎強(qiáng)度、抗沖擊性、熱導(dǎo)率等。優(yōu)化車削成形進(jìn)給參數(shù)，主要指調(diào)整走心自動車的主軸轉(zhuǎn)速，即分配軸的轉(zhuǎn)速，毛細(xì)管插孔耗時較長的是鉆孔，同時要考慮鉆頭的壽命問題，如果進(jìn)給太快，鉆頭的壽命將會大打折扣，通過一系列的驗(yàn)證，將主軸轉(zhuǎn)速控制在3000～4000r/min，鉆頭的壽命達(dá)到最佳值。