高精度偏心管零件的深孔加工分析與制造

尹霞，陳春

(1.湖南化工職業(yè)技術學院機械工程系，湖南株洲412011;2.南方航空動力機械公司技術工程部，湖南株洲412000)

由于某公司的各種泵件及來圖加工零件具有多樣性，經(jīng)常要加工外形不規(guī)則零件及偏心零件，而這類零件裝夾和加工都比較困難，加工質(zhì)量不易保證，生產(chǎn)效率也比較低。作者在保證經(jīng)濟效益的前提下，考慮自制工夾設備進行制造。

1 待加工零件的要求

SWAGES 型鉆項目零件的偏心管零件，該零件的內(nèi)孔屬深孔，質(zhì)量要求嚴格，尺寸精度高。

圖1 下偏心管

圖2 上偏心管

2 加工要求

(1)企業(yè)加工要求:加工零件的內(nèi)孔達到圖紙質(zhì)量要求，加工精度的合格率達到99.8%。

(2)企業(yè)的加工生產(chǎn)效率提高2 ～7 倍;

3 采用兩種加工方法進行對比，優(yōu)化加工工藝

3.1 采用普通車床加工制造

(1)根據(jù)加工要求，課題組改進了加工刀具刀桿的結構，將刀桿做成臺階式，這樣提高了刀桿的剛性，刀桿材料采用40Cr，經(jīng)過熱處理調(diào)質(zhì)達到HRC35 ～38，這樣可以減少刀桿在加工過程中震動和發(fā)彈，見圖3。

圖3 改進后的刀桿圖

(2)選擇合適的切削刀具和參數(shù)。最初加工時采用在普通鏜刀桿上裝焊接式車刀，作者通過實驗發(fā)現(xiàn):刀具在加工過程中磨損后，操作者需將刀具退出加工孔后，再重新修磨，重新試切對刀。這樣將導致加工孔的尺寸精度極不穩(wěn)定，而且刀具的修磨與操作者磨刀水平有關，因此經(jīng)常會出現(xiàn)孔尺寸超差、表面粗糙度達不到加工要求的現(xiàn)象，廢品率達到4%以上。后來通過實驗發(fā)現(xiàn):采用機夾式車刀加工質(zhì)量可以大幅提高。經(jīng)試驗確定選擇株洲鉆石切削刀具有限公司的YBC251 P10-P30 刀片。切削刀具在加工過程中磨損后，操作者只需要將刀具退出加工孔后換一個切削刃或刀片，不需重新試切對刀。

切削加工參數(shù):對于長徑比小于6 的孔，轉速132 ～178 r/min，進給0.38 mm/r;對于長徑比大于6的孔，轉速43 r/min，進給0.11 mm/r。

(3)改善加工工藝。分為粗車、半精車、精車3次加工。半精車后留0.5 mm 左右余量給精車。

(4)采取以上措施后，課題組發(fā)現(xiàn)加工零件內(nèi)孔完全達到企業(yè)圖紙質(zhì)量要求，內(nèi)孔加工的合格率達到100%。但是課題組同時也發(fā)現(xiàn)上述方法生產(chǎn)效率較低，長徑比小于6 的孔每班師傅可加工9 ～10 件，然而長徑比大于6 的孔每班師傅只能加工2 ～3 件。雖然加工質(zhì)量達到要求，但仍不能滿足客戶在批量訂單上交付節(jié)點的要求，這就需要工藝制定者采取更高效的工藝方法。

3.2 采用深孔鏜床進行加工制造

針對上述車床加工的工藝缺陷，課題組決定嘗試采取深孔鏜削的工藝方案。

(1)改造加工機床。根據(jù)深孔鉆床的加工原理，作者將一臺舊車床在短時間內(nèi)改造成一臺簡易深孔鏜床，見圖4。

圖4 深孔鏜床

(2)制作專用深孔加工刀具。刀具導向采用鑲硬質(zhì)合金導向，選用山特維克SCMT120408-PM4225四切削角刀片。切削參數(shù)為:主軸轉速為230 ～290 r/min，進給量為50 ～65 mm/min，內(nèi)孔切削一刀加工完成，清理切屑，保證芯棒自由通過。

(3)提高加工效率。因為這種來圖加工的產(chǎn)品為系列產(chǎn)品，可以根據(jù)加工零件長度，最終確定零件內(nèi)孔的加工時間為10 ～15 min(含加工零件的裝卸時間)，這樣車間平均每班可加工35 件左右，這樣將大幅度提高加工效率。

(4)拓展制作反拉深孔鏜刀。加工這種帶有臺階孔的上偏心管時，作者在刀體上裝有可拆卸的刀座，切削完成后停機，將刀具前送，直到刀座露出零件左端，卸下刀座，將刀體推出零件。此外在刀座兩端各裝有一個刀片，兩刀片前后錯開0.5 mm 左右，這樣在分別進行粗鏜和精鏜加工時，可以同時利用切削刃的切削角度將臺階孔末端焊接坡口一次加工完成，達到加工精度要求。反拉鏜刀見圖5。

圖5 反拉鏜刀

(5)切削刀具的問題。深孔鏜削同時也存在更換刀具、鏜桿、鏜套等附件需要一定時間的缺點。而這種來圖加工的項目，其產(chǎn)品品種非常多，因此在實際生產(chǎn)中，工藝組根據(jù)近期訂單需交付的實際情況，采用深孔鏜削和普通車床切削混合加工的生產(chǎn)方式，即將近期內(nèi)來圖加工的產(chǎn)品中孔徑尺寸相同、加工精度較高、訂單批量較大的項目安排統(tǒng)一進行深孔鏜削加工，其余來圖加工產(chǎn)品均采用普車加工的方式進行生產(chǎn)。

實踐證實了在這種加工方式下，車間的生產(chǎn)效率較高，長徑比小于6 的孔每班師傅可加工30 ～35 件(見圖6)，長徑比大于6 的孔每班師傅也可加工30件，車間平均每班均可加工到35 件左右，這樣不但加工質(zhì)量達到要求，而且能滿足客戶批量訂單交付節(jié)點的要求，這就是需要的高效的加工工藝方法。

圖6 加工后的產(chǎn)品

4 實施效果

(1)加工零件內(nèi)孔達到企業(yè)圖紙質(zhì)量要求，內(nèi)孔加工的合格率達到99.9%以上;

(2)校辦車間生產(chǎn)效率提高2 ～7 倍，教師的生產(chǎn)能力大幅提高;

(3)產(chǎn)品準時交付由40%提高到100%，增強企業(yè)的信心，為校辦企業(yè)爭取更多的外來加工訂單打下基礎。

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