大圓弧曲面機(jī)械拋光工藝方案

劉健

摘 要：該文以密封靴零件加工攻關(guān)過程為例，介紹了一種大圓弧曲面磨削加工工序完成后的后處理工藝方案，即機(jī)械拋光。為進(jìn)一步提高零件大圓弧曲面加工質(zhì)量，巧用平面磨床往復(fù)運(yùn)動加工特點(diǎn)，從降低機(jī)械拋光作業(yè)時(shí)的沖擊和減少羊毛輪自身磨損2個(gè)方面著手，實(shí)施優(yōu)化改進(jìn)的機(jī)械拋光方案。最終，密封靴零件加工質(zhì)量得到穩(wěn)定提高，滿足設(shè)計(jì)要求。

關(guān)鍵詞：大圓弧曲面；機(jī)械拋光；平面磨床；羊毛輪

中圖分類號：TG659 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 引言

拋光是指用拋光材料對物體表面進(jìn)行平整處理，降低粗糙度并提高表面光澤和外觀質(zhì)量的過程，一般使用油石條、羊毛輪、砂紙等，以手工操作為主。特殊零件如回轉(zhuǎn)體表面，需借助如轉(zhuǎn)臺等器械。定制高質(zhì)量的拋光工具，制定正確的拋光工藝過程，能夠有效提高拋光質(zhì)量。

1 加工現(xiàn)狀

密封靴零件（圖1）是卷煙物流設(shè)備ZF25濾棒發(fā)射機(jī)的關(guān)鍵零件。工作時(shí)，濾棒段在氣壓的驅(qū)動下，沿φ90+0.1

+0.05全長270密封靴大圓弧曲面（文中簡稱圓弧槽）與等長度發(fā)射鼓鼓槽形成的空腔內(nèi)高速射出，速度可達(dá)到150 m/min。為保證濾嘴棒噴出后，質(zhì)量穩(wěn)定，密封靴零件圓弧槽應(yīng)具有較高的耐磨性、表面粗糙度及加工紋理方向要求，從而減少濾棒磨損。根據(jù)密封靴精加工工藝規(guī)程，零件材質(zhì)為Cr12MoV，經(jīng)真空淬火HRC55-60后，使用進(jìn)口BLOHM HP620保寧超高速平面磨床對圓弧槽進(jìn)行半精磨、精磨加工后，設(shè)計(jì)要求，密封靴零件圓弧槽表面粗糙度要達(dá)到Ra0.4以內(nèi)，且加工紋理方向垂直于視圖平面（圖1）。根據(jù)砂輪廠家推薦，使用粒度為80的適合工具鋼磨削加工的的棕剛玉砂輪，先在磨床上將砂輪修磨成具有R45外輪廓的輪體，之后，將砂輪用于鏜銑后的圓弧槽磨削加工。加工后，用粗糙度檢測儀檢測，表面粗糙度數(shù)值在Ra0.8左右（圖7），進(jìn)行磨削參數(shù)優(yōu)化后零件表面粗糙度仍得不到明顯改善，達(dá)不到設(shè)計(jì)要求。

2 問題分析及工藝方案實(shí)施過程

2.1 初步工藝方案實(shí)施

經(jīng)深入調(diào)研，采用新型陶瓷CBN砂輪可以達(dá)到理想的磨削效果，但是，需采購較大規(guī)格的CBN砂輪，砂輪修整面積大，難度高，需要采購專用的可進(jìn)行整形、修銳的金剛石滾輪修整器。采購新附件成本高昂，周期長，且砂輪修整器安裝接口需改造。用現(xiàn)有工藝裝備，由于保寧機(jī)床額定功率僅15 kW，功率相對較小，按工藝規(guī)程進(jìn)行密封靴大圓弧槽磨削加工，表面粗糙度Ra0.4的設(shè)計(jì)要求，無法達(dá)到。因而，擬采用羊毛輪進(jìn)行機(jī)械拋光后處理。拋光工藝方案（表1）如下：

密封靴圓弧槽精磨至下差，即圓弧槽直徑φ89.9。用定制羊毛輪毛坯，裝夾于砂輪法蘭上。然后，在車削中心上，校正法蘭內(nèi)孔，抱緊法蘭外圓，車成R45一側(cè)外輪廓，之后掉頭，按同種方式校正、裝夾，車成R45外輪廓另一側(cè)，接成R45輪廓（圖2）；之后，將羊毛輪安裝于平面磨床，校正零件及羊毛輪體，將水溶性固體拋光蠟涂抹于慢速轉(zhuǎn)動中的羊毛輪外輪廓，將羊毛輪壓圓弧槽0.2 mm，通過平面磨床的往復(fù)運(yùn)動，粗拋5 min，然后機(jī)床停車1次，水冷降溫、清理（約3 min），羊毛輪壓0.02 mm繼續(xù)精拋3分鐘。通過上述工藝過程，完成密封靴零件機(jī)械拋光（圖3）。

2.2 方案實(shí)施效果及問題分析

密封靴圓弧槽拋光效果差，具體表現(xiàn)為圓弧槽紋理不均勻，兩端出入口出現(xiàn)磨損情況； 磨削過程中羊毛輪磨損（圖4），R45輪廓修整頻率高（進(jìn)行兩三件零件拋光作業(yè)后，輪廓破壞嚴(yán)重，必須重新上車削中心修整）。

深入分析羊毛輪機(jī)械拋光方案，總結(jié)出2個(gè)造成密封靴零件機(jī)械拋光效果不佳的原因：

（1）羊毛輪材質(zhì)軟，車削時(shí)R45輪廓校正難度大，法蘭軸端裝夾空間小，需2次上車，兩頭車削，接成（圖2）。加工成型的羊毛輪，高速轉(zhuǎn)動時(shí)跳動大。同時(shí)，羊毛輪拋光作業(yè)時(shí)，出入口受力突變，沖擊較大。兩方面的沖擊容易造成零件受力不均勻，磨損加劇。

（2）圓弧槽內(nèi)有4種5處槽孔特征（圖4），羊毛輪下壓拋光作業(yè)時(shí)，槽孔特征如刀片，羊毛輪R45輪廓，極易受損，造成修整頻率高。

2.3 實(shí)施優(yōu)化改進(jìn)的工藝方案

2.3.1 從2個(gè)方面減少拋光作業(yè)時(shí)的沖擊

2.3.1.1 設(shè)計(jì)制作芯軸，一次車成R45外輪廓

根據(jù)羊毛輪法蘭的尺寸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)專用芯軸，如此羊毛輪可穿芯軸進(jìn)行車削加工，可將R45輪廓一次車削成型（圖5）。

2.3.1.2 制作帶坡口對塊，減小出入口沖擊

根據(jù)密封靴零件尺寸特征及磨削拋光作業(yè)的特點(diǎn)，在兩端增加帶坡口對塊，對塊圓弧槽中心高度與密封靴等高，其尺寸設(shè)置為φ89.8，手工打磨坡口使對接位置基本平滑過渡（圖6）。因此在拋光作業(yè)時(shí)，圓弧槽全長度區(qū)域受力均勻。

2.3.2 制作封堵塊，減少羊毛輪自身磨損

采集零件槽孔特征尺寸（圖4），按單邊0.05間隙設(shè)置封堵塊外形尺寸，封堵塊列表如下。將加工好的封堵塊，放入密封靴完成封堵。

2.4 最終效果檢查

按既定工藝過程（表1），實(shí)施上述優(yōu)化改進(jìn)，進(jìn)行機(jī)械拋光，密封靴零件所受沖擊大大降低，而且羊毛輪自身磨損明顯減少。羊毛輪經(jīng)一次輪廓修整可用于整批（約14件）密封靴圓弧槽的拋光處理。抽樣，用粗糙度儀在此檢測，表面粗糙度數(shù)值均降低至Ra0.4以內(nèi)（圖7），而且零件紋理均勻，外觀質(zhì)量明顯提高，達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

3 結(jié)語

在既定設(shè)計(jì)要求下，類似于密封靴這種具有半徑較大，弦長相對較小的凹圓弧曲面特征的零件，由于設(shè)備局限等原因，大圓弧槽表面粗糙度的進(jìn)一步提高一直是困擾企業(yè)的加工難題。使用平面磨床進(jìn)行拋光作業(yè)，用機(jī)器作業(yè)代替手工操作，降低勞動強(qiáng)度，提高拋光作業(yè)的穩(wěn)定性。同時(shí)，通過多方面優(yōu)化改進(jìn)，很好地解決了機(jī)械拋光作業(yè)時(shí)零件所受沖擊較大、受力不均勻、羊毛輪自身磨損等問題。另外，水溶性固體拋光蠟的使用，代替普通油性蠟質(zhì)拋光蠟，不需要除蠟劑，除油劑進(jìn)行拋光后處理，簡化拋光后處理程序，降低成本。固、細(xì)化該機(jī)械拋光工藝，穩(wěn)定提高產(chǎn)品綜合質(zhì)量，贏得客戶認(rèn)可，同時(shí)，為企業(yè)提高該類零件圓弧槽表面加工質(zhì)量，提供了一種行之有效的后處理工藝技術(shù)手段。

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