擠光刀設(shè)計研制技術(shù)攻關(guān)

黃戰(zhàn)鵬 梁亞蘭

摘 要：分泵擠光工藝是近年有色加工的一種新工藝，其中擠光刀具是整個工藝改進(jìn)的關(guān)鍵；了解并熟知擠光設(shè)計原理可以幫助工藝快速掌握擠光工藝的核心加工參數(shù)，提升加工工藝水平。

關(guān)鍵詞：擠光刀；設(shè)計；研制；技術(shù)

1 問題的提出

分泵擠光原理是通過擠光刀的滾珠繞刀桿進(jìn)行自轉(zhuǎn)運(yùn)動擠壓產(chǎn)品表面，從而達(dá)到零件尺寸和表面光潔度要求。由于擠光是無銷加工，表面質(zhì)量要求高，所以要求刀具表面光潔度和硬度非常高；其刀具是由滾珠、刀桿、刀套、錐柄四部分組成，擠光刀的工作部位為滾珠和與之配合的刀桿，滾珠與之刀桿相互配合，硬度、直線度、材料韌性以及疲勞極限等諸多方面完美結(jié)合才可實(shí)現(xiàn)擠光要求。擠光工藝是最近幾年新出爐的工藝，我廠沒有現(xiàn)成的資料可以查詢。為了實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的自給自足，我們必須從零做起，自行設(shè)計制造擠光刀具。

2 方案提出與論證

擠光刀四部分工作方式：

（1）滾珠（滾壓主體，從動元件）；（2）擠光刀桿（與滾珠配合，傳動元件）；（3）刀套（尺寸調(diào)節(jié)）；（4）錐柄（機(jī)床連接部位）。

從刀具使用角度來說，滾珠與刀桿是直接工作部位，而刀套和錐柄屬于間接工作部位，其并不參與滾壓，不會因?yàn)殚L時間使用而磨損。滾珠與刀桿直接參與滾壓，是磨損件。通過對已經(jīng)磨損報廢的刀具進(jìn)行分解，擠光刀報廢主要是刀桿與滾珠配合部位連續(xù)滾壓達(dá)到金屬疲勞極限。所以擠光刀設(shè)計要從刀桿和滾珠入手。

方案一：設(shè)計制造刀桿，滾珠購買標(biāo)準(zhǔn)件。

方案二：刀桿和滾珠全部自制。

分析比較：

方案一中刀桿按照滾珠錐度進(jìn)行設(shè)計制造，由于滾珠錐度公差無法確定，測繪值同實(shí)際尺寸偏差較大，則滾珠與刀桿配合會有以下三種情況：

情況一：刀桿與滾珠配合于豎直方向成負(fù)角度，在工件加工過程中滾珠與刀桿是線性接觸，接觸部位疲勞強(qiáng)度增大，刀桿前端易于磨損，制件表面光潔度不能滿足產(chǎn)品要求而且加工的產(chǎn)品入口端為錐面。所以不能滿足設(shè)計要求。

情況二：刀桿與滾珠配合于豎直方向成正角度，在工件加工過程中滾珠與刀桿也是線性接觸，接觸部位疲勞強(qiáng)度增大，刀桿后端易于磨損，制件表面光潔度不能滿足產(chǎn)品要求。而且加工的產(chǎn)品出口端為錐面，不符合圖紙要求。所以不能滿足設(shè)計要求。

情況三：刀桿與滾珠配合于豎直方向夾角為零度，在工件加工過程中滾珠與刀桿接觸面積增大，滾珠與刀桿是面接觸，能夠最大限度的確保接觸表面的疲勞強(qiáng)度，刀桿不易磨損，而且加工的產(chǎn)品出口和入口能夠保持一致，滿足圖紙要求。

通過以上分析，由于滾珠與刀桿配合角度的不可預(yù)測性，不能確保加工的產(chǎn)品100%滿足要求，而且實(shí)際上也很難做到第三種情況，所以方案一放棄。

按照方案2，我們給定一個固定值加工刀桿，將刀桿尺寸控制在一個合理的范圍，按照刀桿的錐度配做滾珠，能夠最大限度的滿足設(shè)計要求，使的滾珠與刀桿最大限度的接觸。而且可以根據(jù)材料性能不同選擇合理的錐角配合，從而最大限度的延長刀具的使用壽命。

3 方案的實(shí)施

3.1 機(jī)構(gòu)選擇及幾何尺寸的計算

按照擠光工藝的加工方式，可以將擠光刀納入非標(biāo)準(zhǔn)散裝滾動軸承的形式，因?yàn)樗庸ぶ萍殇X制品，加工余量小，表面承受載荷小，需要的摩擦力矩小，按照刀桿尺寸調(diào)節(jié)要求（調(diào)節(jié)螺紋螺距為1），尺寸調(diào)整將一個螺旋圓周等分為25格，每格尺寸調(diào)節(jié)量為0.002mm，軸向尺寸調(diào)節(jié)量為1.5mm，則能推出擠光刀桿的錐度為3°。

為了確保滾珠和刀桿配合后余刀桿直柄部分夾角最大限度接近于零，則刀桿和滾珠的錐度值為：

滾珠（如圖1）：

刀桿（如圖2）：

3.2 強(qiáng)度校核

但是由于滾珠和刀桿徑向承受的載荷很小，完全能滿足設(shè)計要求。故再次不作詳細(xì)的強(qiáng)度校核。

4 加工工藝實(shí)踐

由于滾珠與刀桿之間要連續(xù)進(jìn)行滾壓，所以對材料的表面硬度要求比較高，我們選用的材料是GCr15（軸承鋼）。選用這個材料是因?yàn)樗目蛊谒p性能非常好，而且熱處理變形小，易于加工。

在整個工藝路線中，車工工序難度比較大，加工桿細(xì)而且長，而且刀桿直線度要求高，所以加工過程中非常容易變形，車工加工用的跟刀架最小直徑10mm，而制件的最大毛坯余量要求在9，以至跟刀架用不上，所以加工過程中，我們對整個軸分三段粗車，盡量減少直車長度，粗車后將刀架頂直，用無心磨修正直線度，留精磨余量0.6mm。

熱處理工序是刀桿加工的關(guān)鍵工序，淬火硬度低刀桿抗疲勞衰減差，淬火硬度高刀桿變形大，精磨修正難度大。通過對刀桿工作狀態(tài)的仔細(xì)分析，錐面部位需求材料硬度高，而直柄部分對材料硬度要求低，對材料的綜合性能要求高。所以熱處理需要分布進(jìn)行。首先對材料通體進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理，提高材料綜合性能，而且調(diào)質(zhì)處理材料熱變形小，能滿足工藝要求。對錐面部分單獨(dú)進(jìn)行高頻淬火，提高材料表面硬度，達(dá)到HRC64以上。經(jīng)過這樣的處理，能夠很好的解決熱處理變形通硬度值沖突的矛盾。順利解決了加工中的難題。如果熱處理后變形大，后續(xù)有校正工序，能夠100%滿足工藝要求，實(shí)現(xiàn)刀桿的小批量生產(chǎn)。滾珠尺寸小，用一般工藝能夠滿足生產(chǎn)要求，這里就不再進(jìn)行描述。

5 結(jié)束語

目前，自制的擠光刀已經(jīng)實(shí)際應(yīng)用于生產(chǎn)中，通過試加工可以初步得到結(jié)論，自行設(shè)計制造的擠光刀能夠滿足設(shè)計要求，也符合生產(chǎn)需求，解決了實(shí)際生產(chǎn)中的難題。通過對擠光工作原理的了解，以及在加工過程中刀具工作部位的受力分析。我們快速掌握了擠壓工藝的關(guān)鍵參數(shù)，對擠光工藝的工藝特性有了全面的了解。同時，通過設(shè)計制造刀具，研究刀具結(jié)構(gòu)這方面的工作，深入分析零件加工工藝，不斷完善工藝參數(shù)，持續(xù)優(yōu)化。這種研制思路打破了原來工作模式。它不僅僅是一種工藝方式的突破。更重要的是為今后的工藝研究提供了一種新的創(chuàng)新思路。

作者簡介：黃戰(zhàn)鵬，出生：1981.7.2，性別：男，民族：漢，籍貫：陜西.彬縣，現(xiàn)職稱：中級工程師，學(xué)歷：本科，單位：陜西華興汽車制動科技有限公司。