電磁閥導(dǎo)磁套盲孔精密研磨技術(shù)研究

董 娟，李 峰

(西安航天遠征流體控制股份有限公司，陜西 西安 710100)

電磁閥利用電路開關(guān)所產(chǎn)生的電磁力進行開和關(guān)[1]。閥芯動作靈活、無卡滯是電磁閥實現(xiàn)功能的最基本要求，因此電磁閥導(dǎo)磁套運動配合內(nèi)孔的尺寸精度、幾何公差和表面粗糙度要求極高，需要采用研磨等工藝進行精密加工。某電磁閥導(dǎo)磁套為1J116軟磁合金和1Cr18Ni9Ti不銹鋼焊接件，磁性熱處理后2種材料變形不一致，只能通過研磨進行內(nèi)孔精密加工。機械研磨是使用研磨工具和研磨膏，在一定的壓力下通過研具與工件做相對滑動，從工件表面上磨削掉一層極薄的金屬，以提高工件尺寸、形狀精度，降低表面粗糙度的光整加工方法[2]。研磨作為一種精密加工工藝，在實踐中已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用，與通孔相比，盲孔、半盲孔難度較大，研磨出的孔也容易出現(xiàn)錐度、喇叭口等現(xiàn)象[3]。軟磁合金硬度僅為50～100 HBW，研磨過程中如果研具和操作方法不當，特別容易造成導(dǎo)磁套內(nèi)孔喇叭口、橢圓和孔壁劃傷等質(zhì)量問題，因此需要進行導(dǎo)磁套盲孔研磨技術(shù)研究。

1 盲孔研磨技術(shù)

內(nèi)孔及外圓的研磨都在橫研磨機上進行[4]。研磨盲孔、半盲孔一般采用半機械手工操作方法，研具或工件裝在橫研磨機上旋轉(zhuǎn)，形成研磨主運動，手握工件或研磨棒做往復(fù)送進運動，形成輔助進給運動。

盲孔研磨研具按結(jié)構(gòu)形式，有固定式和可調(diào)節(jié)式2種。固定式研磨棒制造簡單，但磨損后無法補償，研磨棒磨損后容易出現(xiàn)喇叭口缺陷，因此，固定式研具僅適用于小孔或單件研磨。對于批量生產(chǎn)的電磁閥導(dǎo)磁套盲孔，可調(diào)式研具研磨是最好的精加工手段。

1.1 研具

1.1.1 研具材料

研具選用原則具備下列條件：1)應(yīng)有一定的硬度和耐磨性；2)材料應(yīng)多微孔，能儲存少許的研磨膏；3)應(yīng)有一定的彈性；4)應(yīng)有一定的碳和石墨，起到一定的潤滑作用，一般選用灰鑄鐵[5]。

1.1.2 研具結(jié)構(gòu)

盲孔可調(diào)式研磨研具由推撥棒和C字殼組成。推撥棒與C字殼之間采用錐度配合，C字殼外圓尺寸根據(jù)工件內(nèi)孔選配。推撥棒與C字殼間錐度有1∶20、1∶30、1∶40和1∶50等多種選擇，研磨過程中工件內(nèi)孔和C字殼外圓均進行研磨切削，工件內(nèi)孔變大，C字殼外圓變小，可通過調(diào)整C字殼軸向裝配深度微調(diào)C字殼外圓尺寸，裝配錐度越大外圓尺寸調(diào)整越明顯。因此，粗加工時選用較大的錐度1∶20和1∶30，精加工時選用較小的錐度1∶40和1∶50，具體錐度可根據(jù)工件待加工面加工余量和零件尺寸精度選擇，尺寸精度要求高的產(chǎn)品應(yīng)選用較小的錐度。

C字殼外圓尺寸根據(jù)工件內(nèi)孔尺寸確定，推撥棒尺寸根據(jù)C字殼壁厚確定。C字殼壁厚太厚，彈性不好，安裝后變形不一致，研磨后的內(nèi)孔尺寸公差、幾何公差和表面粗糙度不能達到要求；C字殼壁厚太薄，彈性太大，容易變形，研磨過程容易打滑，不能正常工作，而且外圓研磨尺寸不好控制，不利于高精度尺寸公差內(nèi)孔研磨。C字殼壁厚已有較多的成熟研究經(jīng)驗，并總結(jié)了壁厚選用經(jīng)驗值(見圖1)，D為C字殼外徑(工件內(nèi)孔)，d為C字殼內(nèi)徑，可以根據(jù)工件實際尺寸設(shè)計C字殼壁厚。研磨套(C字殼)長度應(yīng)比被研內(nèi)孔短，但研磨套太短，研磨后內(nèi)孔直線度變差，一般研磨套長度取工件被研內(nèi)孔長度的2/3～3/4。

圖1 C字殼壁厚選擇對照圖

為提高研磨效率，C字殼外圓上應(yīng)加工多處螺旋槽，螺旋槽數(shù)量過多，研磨效率越高，研磨精度越低；螺旋槽數(shù)量過少，研磨效率低，研磨精度也不好。研磨槽數(shù)量應(yīng)根據(jù)工件原材料、工件加工精度等綜合考慮。

C字殼軸向裝配深度也需要重點考慮，裝配深度小，C字殼容易脫落損傷工件；裝配深度較大時，外圓尺寸調(diào)整范圍小，C字殼浪費嚴重，經(jīng)濟性差。

1.2 磨料及潤滑劑

1.2.1 磨料

磨料在研磨過程中起到切削作用，研磨加工的效率、精度和表面粗糙度都與磨料有關(guān)。磨料粒度大，效率高、精度差、粗糙度差；磨料粒度小，加工精度高，表面粗糙度好，但生產(chǎn)效率低。研磨生產(chǎn)時應(yīng)根據(jù)工件實際需要選擇不同粒度的磨料，粗研時應(yīng)選用粒度大的磨料，精研時應(yīng)選用粒度小的磨料。

1.2.2 潤滑劑

潤滑劑在研磨過程中起到潤滑和冷卻作用，在磨料中加入硬脂酸、油酸、脂肪酸、工業(yè)甘油等而制成研磨膏，可以促進加工表面產(chǎn)生氧化膜，同時對磨料起粘接作用。研磨時可適量加入煤油，調(diào)整研磨膏粘度，降低表面粗糙度。

1.3 研磨參數(shù)

研磨參數(shù)主要包括研磨余量、C字殼與工件內(nèi)孔間隙、研磨轉(zhuǎn)速、研磨壓力等。

研磨是精加工工序，余量要預(yù)留適中，余量太大，研磨時間長，生產(chǎn)效率低；余量太小，研磨后達不到尺寸和精度要求，不能保證產(chǎn)品質(zhì)量，因而余量一般為0.005～0.05 mm。研磨余量的選擇應(yīng)根據(jù)研磨前內(nèi)孔加工精度、研磨前是否進行熱處理等因素考慮。研磨前一般采用精鏜加工方法進行盲孔的半精加工，精鏜后進行內(nèi)孔研磨時，可選用較小的研磨余量，但工件精鏜后進行熱處理時，可適當增加工件內(nèi)孔研磨余量至0.05 mm。

C字殼與工件內(nèi)孔間隙直接影響內(nèi)孔尺寸精度和形狀精度。間隙大，尺寸精度和形狀精度很難保證；間隙小，容易出現(xiàn)內(nèi)孔劃傷等質(zhì)量缺陷。

研磨轉(zhuǎn)速也是影響內(nèi)孔尺寸精度和形狀精度的重要因素。對于精密零件來說，研磨速度不能過高，否則會產(chǎn)生切削熱，導(dǎo)致工件表面退火，同時熱膨脹太大，難以控制尺寸，嚴重時會使工件表面留下磨粒劃痕[6]。盲孔通常選用的研磨速度為10～60 m/min，并且研磨轉(zhuǎn)速應(yīng)隨著工件精度、表面粗糙度要求的提高而降低。

研磨壓力與研磨效率有關(guān)，研磨效率隨研磨壓力的增加而增加，研磨壓力增加后，磨粒嵌入工件表面較深，切除金屬屑較多，研磨作用加強，當研磨壓力過大時，會使工件表面劃痕加深，影響工件表面粗糙度[7]。

1.4 研磨方法

根據(jù)研磨機理，工件與研具間的相對運動軌跡越復(fù)雜、研磨運動軌跡重復(fù)周期越長，產(chǎn)品質(zhì)量越好，所以盲孔手工研磨過程中研磨方法對產(chǎn)品質(zhì)量的影響尤為明顯。

2 盲孔精密研磨應(yīng)用

圖2 導(dǎo)磁套示意圖

2.1 研具設(shè)計

導(dǎo)磁套為批量生產(chǎn)加工，研具應(yīng)采用可調(diào)式結(jié)構(gòu)，由推撥棒和C字殼組成(見圖3)。C字殼為一次性使用研具，研磨磨損后及時調(diào)整裝配深度以調(diào)整外圓尺寸。C字殼過度磨損時，應(yīng)重新更換新品。粗研用C字殼每件產(chǎn)品配備1件，精研用C字殼每3件產(chǎn)品配備1件，研磨余量較大時可適當增加粗研C字殼數(shù)量。

b)C字殼

導(dǎo)磁套內(nèi)孔尺寸為φ16 mm，按圖1查得D-d=4 mm，C字殼壁厚按2 mm設(shè)計。導(dǎo)磁套熱處理后精研加工，C字殼內(nèi)孔配合錐度粗加工時選用1∶30，精加工時選用1∶50。C字殼長度按待研磨內(nèi)孔深度20 mm的2/3～3/4取長度為15 mm。C字殼按精研加工經(jīng)驗，外圓上加工螺距5 mm、深0.5 mm的3處螺旋槽。為保證C字殼有足夠的彈性，應(yīng)沿軸向切2 mm通槽。C字殼軸向開槽后外圓會變小，與推撥棒錐面安裝后，外圓會被撐大。

推撥棒按C字殼尺寸設(shè)計，安裝錐面錐度與C字殼相同；C字殼裝配深度應(yīng)約為總長的1/2，C字殼長度為15 mm，裝配深度按7.5 mm設(shè)計，再計算推撥棒錐面小端尺寸、大端尺寸。推撥棒長度應(yīng)保證正常工作后長度盡量短，以保證研磨過程較小的徑向跳動。

內(nèi)孔研磨時，研具端部與導(dǎo)磁套內(nèi)孔根部研磨切削時間短，與內(nèi)孔口部研磨切削時間長，口部磨損相對較多，導(dǎo)致研磨后內(nèi)孔成錐形，為解決此問題，C字殼外圓可加工口部較大、2°～3°的小錐度，小錐度可在開縫前車削加工。研磨過程錐度磨損后，可使用銼刀手工修銼。

為確保研磨過程中不劃傷工件，C字殼開槽處各棱邊、棱角均應(yīng)使用銼刀修銼打鈍成圓弧。

2.2 磨料及潤滑劑配置

常用研磨膏(磨料和潤滑劑)由磨料、油酸、混合脂肪等按比例配制，但由于導(dǎo)磁套為3個零件焊接結(jié)構(gòu)，盲孔根部存在徑向微小間隙，研磨膏中的油酸配料可能進入導(dǎo)磁套微小間隙，如不能及時清理或清理不干凈，容易出現(xiàn)腐蝕，因此，常規(guī)研磨膏不適用于有徑向縫隙的盲孔研磨。經(jīng)過多次對比試驗，使用白鋼玉磨料、煤油和機油調(diào)制成糊狀，能夠滿足盲孔研磨要求，不會發(fā)生局部腐蝕問題。1J116軟磁合金材料較軟，已有研究表明：零件粗研時可選用粒度W14的微粉，精研時選用粒度W5的微粉[8]。精研時研磨膏必須在使用前單獨配置，避免大粒度磨料或其他雜質(zhì)混入，導(dǎo)致工件劃傷。

2.3 研磨參數(shù)

典型軟磁合金的熱處理加工流程為：原材料→粗加工→去應(yīng)力→精加工→高溫退火→磁性能檢測→裝配[9]。導(dǎo)磁套由2種材料、3個零件焊接而成，2種材料熱脹冷縮規(guī)律不同，1 100 ℃高溫退火(磁性能熱處理)后內(nèi)孔變形0.01～0.03 mm。熱處理后的零件不允許進行切削應(yīng)力較大的機械加工，只能進行研磨加工，但每次熱處理內(nèi)孔尺寸變化不一致，只能選用較大的研磨余量0.04～0.05 mm。粗研加工后預(yù)留精研加工余量0.01 mm，精研后保證零件尺寸。

導(dǎo)磁套內(nèi)孔尺寸精度、圓柱度、表面粗糙度要求高，按10～15 m/min研磨速度計算，研磨轉(zhuǎn)速約為200～300 r/min。經(jīng)過多次試驗對比，確定研磨轉(zhuǎn)速為200～250 r/min。粗研時研磨轉(zhuǎn)速比精研轉(zhuǎn)速高，研磨轉(zhuǎn)速在橫研磨機上通過無極電動機調(diào)整。

研磨過程中工件和研具均存在不均勻磨損，實踐經(jīng)驗每次研磨時間應(yīng)控制在1 min內(nèi)，研磨過程中出現(xiàn)明顯手感差異時，應(yīng)立即停止研磨，調(diào)整研具外徑尺寸。

一般研磨壓力為0.05～0.3 MPa，粗研宜用0.1～0.2 MPa，精研宜用0.01～0.1 MPa，具體研磨時需要操作人員根據(jù)經(jīng)驗和手感施加壓力[10]。

2.4 研磨方法

研磨過程應(yīng)盡量保證研磨運動軌跡不重復(fù)，研具裝夾在研磨機上旋轉(zhuǎn)，手拿工件套在研具上前后往復(fù)運動。為保證研磨均勻，工件前后往復(fù)運動頻率盡量一致，每次研磨約5 s后松開工件，更換拿捏位置后重新研磨。研磨時只需輕輕前后往復(fù)推動工件，盡量保持工件水平，讓工件在研具上浮動研磨。研磨約1 min后或研磨切削力明顯減小時(操作者手感控制)停止研磨，用外徑千分尺測量C字殼外徑尺寸，根據(jù)磨損情況及時調(diào)整C字殼外徑尺寸。C字殼外徑應(yīng)測量前、中、后3個位置尺寸，保證外圓有2°～3°的小倒錐。為保證盲孔根部與口部尺寸一致性，可適當在盲孔根部增加研磨時間。

2.5 應(yīng)用驗證

3 結(jié)語

通過電磁閥導(dǎo)磁套盲孔研磨技術(shù)研究，得到了表面質(zhì)量、加工精度和幾何精度滿足要求的研磨加工工藝技術(shù)，有效解決了電磁閥交付制約瓶頸。

通過電磁閥導(dǎo)磁套盲孔研磨實踐，總結(jié)了研磨過程中的關(guān)鍵技術(shù)和經(jīng)驗，建立了研磨工藝參數(shù)數(shù)據(jù)庫，方便指導(dǎo)其他產(chǎn)品的盲孔研磨加工。