滾軋刀具在鋁合金零件孔加工中的應(yīng)用

摘要：本文詳細(xì)論述了通過(guò)滾壓刀具在機(jī)械加工過(guò)程中的應(yīng)用實(shí)例，通過(guò)具體實(shí)例，并結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，解決中小批量機(jī)加生產(chǎn)生產(chǎn)中的加工精度問(wèn)題：本文結(jié)合鋁合金孔加工過(guò)程中的生產(chǎn)實(shí)例，通過(guò)和其他加工方法的對(duì)比，論證了滾軋刀具在中小批量加工中的適用性和經(jīng)濟(jì)性。

關(guān)鍵詞：滾軋 粗糙度 加工效率

中圖分類號(hào)：V261 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2012）09（c）-0092-02

近幾年來(lái)，隨著國(guó)內(nèi)汽車市場(chǎng)飛速發(fā)展，發(fā)動(dòng)機(jī)市場(chǎng)價(jià)格大戰(zhàn)在全國(guó)進(jìn)一步打響，許多汽車廠爭(zhēng)相降價(jià)，這無(wú)疑給本來(lái)就比較稚嫩的零部件市場(chǎng)提出了一個(gè)全新的挑戰(zhàn)，特別是對(duì)于一個(gè)象我們這樣的以中小批量加工鋁合金零件為主的加工廠來(lái)說(shuō)，更提出了一個(gè)新的課題：如何在現(xiàn)有條件下既保證質(zhì)量又提高生產(chǎn)效率。在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)，鋁合金孔粗糙度問(wèn)題一直困擾著我們，為徹底攻克這個(gè)在生產(chǎn)中長(zhǎng)期限制我們加工精度的難關(guān)，我經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期調(diào)研和反復(fù)試驗(yàn)，通過(guò)引進(jìn)滾軋刀具，解決了鋁合金零件孔超精加工的粗糙度問(wèn)題，并總結(jié)出了一套比較完整的加工經(jīng)驗(yàn)。為分廠產(chǎn)品的優(yōu)質(zhì)交付提供了有利保障。

1 選題理由

在近幾年的零部件加工過(guò)程中，在大家的頭腦中似乎形成了這樣一個(gè)錯(cuò)誤的認(rèn)識(shí)：雖然是汽車配件批量加工廠，但象我們這樣的一個(gè)通用設(shè)備為主的加工廠，在不購(gòu)置先進(jìn)設(shè)備的前提下，加工孔類零件似乎也只能達(dá)到Ra1.6，也正是這種思維，使很多孔類精加工零件都與我們擦肩而過(guò)。在去年年初，分廠承攬了某發(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào)歧管的機(jī)加工項(xiàng)目，也是同樣的粗糙度為Ra0.2直徑φ18±0.01孔的超精加工問(wèn)題難住了大家：如果放棄，我們將失去一個(gè)極具潛力的加工市場(chǎng)，但承擔(dān)下來(lái)，又如何來(lái)保證其粗糙度和尺寸公差呢？針對(duì)這個(gè)問(wèn)題，分廠組織了技術(shù)攻關(guān)工作。

2 加工方案確定

通過(guò)調(diào)研，我們把到鋁合金零件孔的精加工方案進(jìn)行了歸納，大致有以下幾種：鉸加工、擠光加工、鏜加工、珩磨加工、滾軋加工。

鉸加工：顧名思義就是采用鉸刀對(duì)孔進(jìn)行加工，此加工方法是一般孔加工的通用方法，通常加工粗糙度為Ra1.6，即便采用粗精兩次加工也只能達(dá)到Ra0.8，無(wú)法達(dá)到精加工的精度要求。

擠光加工：該加工方法是采用鋼球或鋼棒對(duì)孔進(jìn)行擠壓，使其塑性變形，雖然一般加工粗糙度為Ra0.025～0.4，但加工效率極低，隨著鋼球的磨損，尺寸逐漸變小，因此適用于單件加工。

鏜加工：就是用鏜刀對(duì)孔進(jìn)行加工，隨著現(xiàn)代加工技術(shù)的提高，鏜孔粗糙度已經(jīng)可以達(dá)到Ra0.4左右，也適用于批量加工，但該加工方法需要專用鏜床或加工中心，對(duì)于我們這樣的加工廠又投資太大，因此，經(jīng)濟(jì)性較差。

珩磨加工：鋁合金珩磨是隨著珩磨條制造技術(shù)的發(fā)展而新興的一種珩磨工藝，是用珩磨機(jī)上的珩磨頭對(duì)孔進(jìn)行超精加工，通過(guò)珩磨條對(duì)孔的研磨，一般粗糙度可以達(dá)到Ra0.1以上，該方法適用零件的批量加工，但在采用珩磨的同時(shí)，必須采購(gòu)珩磨機(jī)，其投入太高，不適用于中小批量生產(chǎn)。

滾軋加工：也同樣是一種新興加工方法，是采用滾軋的方法使零件加工表面粗糙度提高，適于批量加工，采用該方法加工只需購(gòu)買一個(gè)滾軋頭，配在臺(tái)鉆或搖臂鉆上就可以使用，其加工表面粗糙度可以達(dá)到Ra0.05～0.2，尺寸精度可以達(dá)到0.005～0.01，加工尺寸在一定范圍內(nèi)可以調(diào)整，以達(dá)到刀具磨損后的補(bǔ)償，但該方法需要手動(dòng)調(diào)整刀具尺寸，在未掌握加工規(guī)律前只要進(jìn)行試切法加工，就可以達(dá)到加工精度。

通過(guò)以上對(duì)比，滾軋刀具加工具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1）操作方便，工人只需簡(jiǎn)單培訓(xùn)就可以上崗；

2）加工精度高，可以使內(nèi)孔粗糙度一次從Ra6.3提高到Ra0.05～0.2，尺寸精度可以達(dá)到0.005～0.01，批量加工一致性好；

3）適用范圍廣，該刀具可以在車、鏜、鉆、銑、加工中心等機(jī)床上使用，在鋁合金加工中優(yōu)于以上傳統(tǒng)加工方式；

4）加工效率高，例如：加工一個(gè)φ30+0.02 ×40的孔，只需10s；

5）價(jià)格便宜，國(guó)產(chǎn)滾軋刀只需1000元左右；

6）使用壽命長(zhǎng)，每把刀不更換軋輥一般可加工500～1000m，在滾動(dòng)部位嚴(yán)重磨損情況下，可以更換易損零件，同樣加工一個(gè)φ30+0.02 ×40的孔，每把刀不更換軋輥就可以加工10000個(gè)，更換軋輥每把刀可以加工10萬(wàn)個(gè)；

綜合以上滾軋刀具的特點(diǎn)，并結(jié)合我們的分廠實(shí)際，顯而易見，采用滾軋加工的方法加工該零件φ18±0.015孔為最佳方案。

3 滾軋刀具的組成及工作原理

從以上圖示可以看出，該刀具可以分成三大部分：刀柄、微調(diào)裝置、刀體。

刀柄是與設(shè)備的連接部分，一般設(shè)計(jì)為莫氏錐柄，也可以根據(jù)用戶要求做成其他形狀，其主要起傳遞扭矩和軸向進(jìn)給作用。

刀體是刀具的加工部位，主要包括軋輥和保持架及心軸三部分，加工時(shí)靠軋輥擠壓加工部位，使金屬表面滾軋成型，從而達(dá)到加工要求。

微調(diào)裝置部分主要由刻度盤、調(diào)整環(huán)、鎖緊螺母和調(diào)整輪四部分組成，操作者通過(guò)調(diào)整環(huán)和刻度盤的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，刻度盤下方連接的錐形心軸推動(dòng)軋輥徑向移動(dòng)，從而確定了滾軋直徑，輕而易舉的達(dá)到最佳尺寸。

該刀具的成型原理與擠光的大體相似，不同之處就在于它是用軋輥來(lái)滾軋加工表面，利用金屬的塑性變形原理，使金屬表面產(chǎn)生一層光亮的硬化層（硬度可達(dá)40HV），增加了耐磨性和表面粗糙度，由于加工過(guò)程中刀柄、刀體、滾針及零件之間均存在相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，因此大大減小了加工表面和刀具之間的摩擦力，使刀具的壽命顯著提高。

4 刀具調(diào)整及使用方法

刀具的尺寸調(diào)整比較簡(jiǎn)單，如圖2、3所示。

從圖上可知，首先用千分尺測(cè)量刀具直徑，根據(jù)測(cè)量尺寸用手向上推動(dòng)鋁套筒，左右旋轉(zhuǎn)，根據(jù)刻度（一般每刻度為0.0025mm）調(diào)整直徑。

使用方法我們同樣可以通過(guò)圖4，（a）、（b）、（c）、（d）進(jìn)一步了解。

首先，將刀具安裝于機(jī)床主軸上，牢固后進(jìn)行加工；

其次，使輥軋頭與加工孔的中心吻合；

再次，按相關(guān)技術(shù)參數(shù)進(jìn)行加工（機(jī)床主軸要右轉(zhuǎn)）；

最后，繼續(xù)旋轉(zhuǎn)退回輥軋頭，軋頭會(huì)自動(dòng)縮徑，不會(huì)損傷工件加工表面。

5 刀具規(guī)格及加工參數(shù)選擇

據(jù)了解，刀具的最小加工直徑為5mm，最大直徑為350mm，在5～15尺寸之間每0.5mm為一種規(guī)格，在大于15尺寸后每1mm為一種規(guī)格。

通過(guò)一段時(shí)間的試用，滾軋刀具在我單位已全面應(yīng)用于孔的超精加工，取得了令人滿意的效果，并總結(jié)出了一套較為為完整的刀具最佳加工參數(shù)：

1）底孔預(yù)留滾軋量參數(shù)表：

為獲得合適精滾余量數(shù)據(jù)，每次精滾前應(yīng)根據(jù)工件本身的硬度、滾軋前的表面粗糙度及加工后要求粗糙度進(jìn)行選擇，每次加工前按最大余量加工2～3件，以確定最佳底孔及刀具尺寸；（見表1）

2）滾軋速度與進(jìn)給量參數(shù)：（見表2）

以上加工參數(shù)確定，為現(xiàn)場(chǎng)加工提供了依據(jù)，避免了由于經(jīng)驗(yàn)不足造成的刀具損壞和工時(shí)浪費(fèi)，保證了現(xiàn)場(chǎng)加工的順利進(jìn)行。

6 經(jīng)濟(jì)效益分析

滾軋刀具在各型號(hào)歧管加工上的成功應(yīng)用，受到了用戶的高度贊揚(yáng)，為汽配廠占領(lǐng)用戶市場(chǎng)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，同時(shí)，也為我們進(jìn)一步開拓新的汽配零件提供了有利的保障。為使其進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力，我們?cè)谌珡S范圍內(nèi)進(jìn)行了全面推廣，幾乎解決了所有受精加工困擾的孔加工問(wèn)題，使全廠的加工質(zhì)量又上了一個(gè)新的臺(tái)階，而且，也為汽配廠節(jié)約了大量刀具開支。

汽配廠加工的某型號(hào)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的后油封蓋，以前每200件就需要一把鉸刀，而且，經(jīng)常出現(xiàn)孔徑粗糙度不合格現(xiàn)象，曾經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間困擾著我們，自從滾軋刀投入使用后，僅刀具一項(xiàng)一年就為汽配廠節(jié)約5000余元，再加上因此而減少?gòu)U品件損失費(fèi)用合計(jì)大約10000余元。

總之，自從滾軋刀具在汽配廠全面應(yīng)用以來(lái)，僅此一項(xiàng)，每年就為分廠節(jié)約開支50000余元，而且，顧客滿意度明顯提高，并多次受到了象航天三菱這樣汽車發(fā)動(dòng)機(jī)大廠的表?yè)P(yáng)。我想，隨著我們的滾軋刀具的進(jìn)一步了解，此項(xiàng)新技術(shù)將為我們帶來(lái)更大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

7 結(jié)語(yǔ)

隨著該項(xiàng)技術(shù)的引進(jìn)，我們正在進(jìn)一步研究其在鋼件孔加工中的應(yīng)用，準(zhǔn)備用此技術(shù)解決鋼件孔的超精加工問(wèn)題，以進(jìn)一步開發(fā)我們的汽配市場(chǎng)。使我們?cè)诩ち腋?jìng)爭(zhēng)的汽車零部件加工市場(chǎng)上占有一席之地。

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