精密偶件—柱塞磨外圓加工工藝研究

喬麗

摘 要：本文對(duì)精密偶件-柱塞磨外圓加工工藝方法進(jìn)行了研究，闡述了柱塞由于外圓精度要求高，且加工批量大，質(zhì)量不穩(wěn)定機(jī)械加工難以保證其要求，通過(guò)對(duì)柱塞外圓磨加工工藝進(jìn)行分析、研究，從工藝方法、加工設(shè)備及刀具選擇等方面綜合考慮，制定出了可行的工藝方法，使其滿(mǎn)足使用要求。

關(guān)鍵詞：精密偶件；柱塞；大批量；磨外圓；加工工藝

中圖分類(lèi)號(hào)：TK413.83 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2018）15-0063-02

柱塞是用于高壓共軌燃油系統(tǒng)的核心部件，在200bar的高壓下工作，所以柱塞外圓精度的要求非常高，外圓粗糙度要求為Ra0.08、Mr≥40%、Rmax1.2，圓度≤0.00064mm、直線(xiàn)度≤0.00064mm、外圓錐度≤0.0005mm，外圓尺寸公差0.004mm，且年需求量大，大批生產(chǎn)質(zhì)量不穩(wěn)定，因此為滿(mǎn)足大批量生產(chǎn)，外圓精度滿(mǎn)足要求且質(zhì)量穩(wěn)定可靠，必須從加工方法、加工設(shè)備、刀具（砂輪）選擇及加工參數(shù)等方面優(yōu)化設(shè)計(jì)。

1 零件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介

零件材料：M50；熱處理硬度：HRC61～65；零件結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2 外圓加工難點(diǎn)分析

2.1 加工外圓難點(diǎn)分析

此零件材料硬度高，外圓粗糙度要求幾乎接近于鏡面水平，所以目前選用車(chē)削加工是不能滿(mǎn)足精度要求，必須采用磨削加工保證精度要求，從零件結(jié)構(gòu)上分析，此結(jié)構(gòu)零件首選無(wú)心磨，磨削直徑是￠9.518，而因￠15外圓的存在，造成零件不能通磨，這樣會(huì)導(dǎo)致￠9.518外圓與R5接觸處會(huì)出現(xiàn)臺(tái)階，滿(mǎn)足不了圖紙要求[1]。

2.2 解決措施

無(wú)心磨滿(mǎn)足不了加工要求，考慮外圓磨方法加工外圓，但外圓磨加工裝夾遇到了瓶頸，因￠15與￠4外圓長(zhǎng)度分別為1.4mm和5mm，夾持面太短，無(wú)論夾持哪個(gè)外圓，都存在零件夾不正的問(wèn)題，如果零件夾不正，將無(wú)法保證加工質(zhì)量[2]。

再對(duì)零件結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，此零件￠4外圓端面處有￠2小孔，可將孔口倒角加工成60°，做頂尖孔用，盡而我們采取在￠15外圓端面處增加工藝凸臺(tái)并打中心孔，用兩頭中心孔定位磨外圓，在外圓加工完后割掉工藝孔，保證零件加工要求。增加工藝凸臺(tái)見(jiàn)圖2所示：零件兩端有了中心孔，就可以采用外圓磨工藝進(jìn)行加工，外圓磨削完后，線(xiàn)切割割掉￠5外圓，再用數(shù)控車(chē)床將￠15端面車(chē)到圖紙要求尺寸即可圖3所示。

3 外圓磨床加工工藝分析

影響外圓加工質(zhì)量的因素主要有幾點(diǎn)：（1）設(shè)備的選擇及設(shè)備精度；（2）頂尖孔加工質(zhì)量；（3）砂輪修磨質(zhì)量；（4）磨削參數(shù)設(shè)置；（5）磨削液選用和正確使用。

4 解決措施

4.1 加工路線(xiàn)確定

最初柱塞是在數(shù)控車(chē)上分兩個(gè)工序加工完外形，經(jīng)熱處理后，上普通外圓磨床粗磨外圓，最后在數(shù)控磨床精磨外圓完成加工，但加工后外圓尺寸及形位公差不穩(wěn)定，合格率不到70%。后期經(jīng)過(guò)大量試驗(yàn)及工藝路線(xiàn)優(yōu)化，最終確定出柱塞加工工藝步驟如下：車(chē)外形-熱處理-研頂尖-清洗-粗磨外圓-半精磨外圓-精磨外圓-檢驗(yàn)入庫(kù)。

4.2 加工設(shè)備的選擇

車(chē)外圓選用縱切機(jī)（推薦型號(hào)XP-20S），優(yōu)勢(shì)：與普通數(shù)控車(chē)相比，可一次將零件外型加工完成，不用二次裝夾，保證頂尖孔與外圓的同軸度要求。研頂尖選用兩工位雙頭中心孔研磨機(jī)（推薦型號(hào)M4735AX500-2），優(yōu)勢(shì)：與普通研磨機(jī)相比，兩頭頂尖可同時(shí)研磨，研出的頂尖同軸度好，其次，操作方便，加工穩(wěn)定。粗磨外圓選用半自動(dòng)數(shù)控外圓磨床（推薦型號(hào)G25P-50NC），優(yōu)勢(shì)：與普通磨床相比，加工進(jìn)刀均勻，加工穩(wěn)定。半精磨、精磨外圓選用進(jìn)口數(shù)控外圓磨床（推薦型號(hào)：ULTRAMAT650CNCB），加工設(shè)備剛性好，精度高，滿(mǎn)足加工要求[3]。

4.3 刀具的選擇

精磨選用46粒棕鋼玉砂輪，規(guī)格：400×127×50mm沉孔￠205×10，砂粒粗，效率高，適合去除大余量。半精磨、精磨選用選用180粒白鋼玉砂輪，規(guī)格：400×20×127mm砂粒細(xì)，加工出零件粗糙度滿(mǎn)足要求。金剛筆是保證精磨砂輪的修磨質(zhì)量的關(guān)鍵，通過(guò)試驗(yàn)，性?xún)r(jià)比較高的是鏟式金剛筆A2813076A修磨出的砂輪精磨外圓效果較好。半精磨、精磨時(shí)設(shè)備頂尖至關(guān)重要，磨床頂尖精度的高低將會(huì)直接影響磨削后零件的圓度0.0006的要求，（因?yàn)殚L(zhǎng)時(shí)間進(jìn)行批量加工，頂尖頭必然會(huì)磨損）因此，建議使高質(zhì)量硬質(zhì)合金頂尖，以滿(mǎn)足后續(xù)加工的需求。

4.4 頂尖孔加工

頂尖孔質(zhì)量是影響外圓圓度質(zhì)量的主要因素之一，要保證磨削的質(zhì)量必須從源頭抓起，根據(jù)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)積累的經(jīng)驗(yàn)得出，中心鉆選用型號(hào)為：1.0HSS-EX，F(xiàn)ormA。要保證中心孔質(zhì)量，在正常情況下應(yīng)每加工200～300件必須更換中心鉆。研頂尖孔，通過(guò)試驗(yàn)該工序必須使用6棱形研磨頂尖，同時(shí)要求研5000件更換研磨頂尖，以保證兩頂尖同心，使頂尖孔對(duì)外圓同軸度的影響降到最低。

4.5 磨削參數(shù)設(shè)置

為了確保大批量生產(chǎn)時(shí)外圓尺寸穩(wěn)定，經(jīng)過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證，推薦最佳磨削量：在粗車(chē)外圓時(shí)給出總共磨量0.1mm，在零件經(jīng)過(guò)熱處理后，分三次進(jìn)行磨外圓，第一次普通磨床粗磨外磨，磨量為0.7mm，第二次數(shù)控磨床半精磨外圓磨量為0.2mm；第三次數(shù)控磨床精磨外圓磨量為0.01mm，且精磨外圓時(shí)分兩段速度進(jìn)刀，第一次每次進(jìn)刀0.005mm，總進(jìn)刀量為0.02mm，第二次每次進(jìn)刀0.001mm，總進(jìn)刀量為0.01mm（具體加工參數(shù)見(jiàn)表1所示）。通過(guò)優(yōu)化加工參數(shù)，柱塞外圓直徑尺寸、粗糙度、形位公差、錐度等都能滿(mǎn)足要求，零件具體尺寸見(jiàn)表2所示。

4.6 減少外圓砂粒劃傷

此零件表面質(zhì)量幾乎接近于境面要求，細(xì)小的傷是用肉眼識(shí)別不出來(lái)的，所以采用40倍顯微鏡放大鏡檢查外觀是否存在劃傷及碰傷等不良情況，在40位放大鏡下經(jīng)常會(huì)發(fā)現(xiàn)磨削過(guò)程中由于砂輪掉砂粒而導(dǎo)致零件表面劃傷的情況（見(jiàn)圖4所示）。解決這個(gè)問(wèn)題必須先從磨削液入手。

磨削液的選擇與使用直接影響零件的表面質(zhì)量，根據(jù)從加工過(guò)程中及產(chǎn)品檢驗(yàn)情況了解，影響零件表面被砂粒劃傷嚴(yán)重的原因在于所使用的磨削液HysolRD（4～6%）。為了減小砂粒劃傷，對(duì)現(xiàn)用的冷卻液HysolRD（4～6%）進(jìn)行分析，認(rèn)為HysolRD磨削液油性較高，雖有較好的防銹能力，但磨削時(shí)會(huì)有微小砂粒脫離，而沒(méi)被完全沖掉，粘附在砂輪上，從而導(dǎo)致磨削過(guò)程中出現(xiàn)表面劃傷。所以推薦選用分離性較好的CIMTECH285（3～5%）磨削液，第二是磨削液的噴淋必須充分，保證流量正常，磨削液要完全噴到磨削面上，經(jīng)過(guò)以上改進(jìn)后，零件表面被砂粒劃傷的現(xiàn)象顯著減少[4]。

5 效果及意義

通過(guò)以上加工方法的改進(jìn)，大大提高了柱塞外圓合格率，零件合格率由之前的70%提高到99%以上，目前這種方法正用于公司柱塞產(chǎn)品的生產(chǎn)加工中，它保證了產(chǎn)品質(zhì)量的同時(shí)也提高了生產(chǎn)效率，為產(chǎn)品順利交付提供了有利保障。

6 結(jié)語(yǔ)

本文針對(duì)精密偶件柱塞類(lèi)產(chǎn)品磨外圓加進(jìn)行了工藝分析，探索出了采用數(shù)控磨床進(jìn)行磨精密件外圓加工的方法，給出了加工工藝步驟、確定了加工參數(shù)，這種加工方法在滿(mǎn)足使用要求的前提下有效提高了加工效率，此方法可應(yīng)用于類(lèi)似零件的加工中去。

參考文獻(xiàn)

[1]趙如福.金屬機(jī)械加工工藝人員手冊(cè)[M].上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，2006.

[2]鄭文虎.機(jī)械加工實(shí)用經(jīng)驗(yàn)[M].北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2003.

[3]楊叔子.機(jī)械加工工藝師手冊(cè)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2011.

[4]李兆松.磨削加工技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2012.