具有同軸度要求的斷續(xù)深長(zhǎng)孔金屬零件加工

[摘" " 要]概述斷續(xù)深長(zhǎng)孔金屬零件;重點(diǎn)分析該種金屬零件的加工方式;完成對(duì)試驗(yàn)的論證分析工作。

[關(guān)鍵詞]同軸度要求;斷續(xù)深長(zhǎng)孔金屬零件;零件加工

[中圖分類號(hào)]TH16 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A

斷續(xù)深長(zhǎng)孔在加工的過(guò)程中如果附帶同軸度的要求，就需要面臨多項(xiàng)問(wèn)題。例如，會(huì)出現(xiàn)碎屑排出困難的現(xiàn)象，導(dǎo)致堵塞。同時(shí)，加工過(guò)程中刀具難以在短時(shí)間內(nèi)冷卻下來(lái)，使得刀具的壽命顯著降低?；诖耍疚闹攸c(diǎn)對(duì)該種金屬零件的加工工藝方法展開探討，以期解決這些問(wèn)題。

1 斷續(xù)深長(zhǎng)孔金屬零件概述

在制造業(yè)的各個(gè)領(lǐng)域中，斷續(xù)深長(zhǎng)孔金屬零件有著極為廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，典型的設(shè)備包括以蒸汽為動(dòng)力的汽輪機(jī)，該零件在設(shè)備中充當(dāng)轉(zhuǎn)子，保證設(shè)備運(yùn)行平穩(wěn)。在軍事領(lǐng)域中，該金屬零件可以制作炮腔。雖然應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，但是該技術(shù)零件自身有著結(jié)構(gòu)上的局限性，對(duì)零件自身產(chǎn)生限制，再加上生產(chǎn)過(guò)程中外部因素的影響。使得零件在應(yīng)用過(guò)程中需要解決多項(xiàng)問(wèn)題[1]。

2 零件的加工工藝方法

2.1 定位基準(zhǔn)及裝夾方式的確定

基于斷續(xù)深長(zhǎng)孔金屬零件在各種用途中的綜合要求，本文在試驗(yàn)過(guò)程中將零件的型號(hào)確定為30CrMoNiV。在正式加工過(guò)程開始之前，還對(duì)各項(xiàng)材料進(jìn)行熱處理。因?yàn)樵摻饘倭慵兄S度上的要求，因此，在本次加工中，擬將同軸度的數(shù)據(jù)定為0.0035mm，并且將包括同軸度在內(nèi)的所有細(xì)節(jié)數(shù)值要求記錄在設(shè)計(jì)圖紙上。在設(shè)計(jì)過(guò)程中一切零件尺寸的參數(shù)都保持在最高級(jí)別的精度。一般情況下，該種金屬零件的尺寸總長(zhǎng)度最終可以達(dá)到3500mm，并且零件的外圓最大可以達(dá)到R8。基于此，本次試驗(yàn)在參照零件的內(nèi)外各方面需求之后，選擇CK8600×9800型數(shù)控加工機(jī)床，該型號(hào)加工機(jī)床最大優(yōu)勢(shì)是門式的框架、臥式的床身。此次加工中的工藝基準(zhǔn)為外圓和左端斷面。

在確定裝夾方式之前，需要考慮到同軸度的要求，務(wù)必保證外圓的大小在任意一個(gè)級(jí)別都保持一致。同時(shí)，需要利用V型架架設(shè)零件，此外，還需要螺桿和壓板兩個(gè)零件固定整個(gè)零件，以便于零件在加工過(guò)程中可以獲得穩(wěn)定的環(huán)境[2]。在控制零件上側(cè)兩母線的過(guò)程中，還需要利用千分表，將兩母線之間的差距控制在0.0085mm，避免偏差較大，影響零件精度。

2.2 固定心軸的定位

當(dāng)零件的定位基準(zhǔn)和裝夾方式確定之后，接下來(lái)一項(xiàng)迫切的工作便是定位零件的固定心軸。在該項(xiàng)定位工作中，最重要的一部分是對(duì)零件的左端內(nèi)孔進(jìn)行加工。同時(shí)，要控制好外圓，爭(zhēng)取做到在一次操作中完成斷面和外圓的同時(shí)加工。在此項(xiàng)工作中必須控制精度，尤其是同軸度。在加工零件的固定心軸時(shí)，需要在卡盤中進(jìn)行，若操作不當(dāng)，同軸度極易出現(xiàn)偏差。為此，加工人員要避免卸下固定心軸，增加裝夾步驟。加工時(shí)定位點(diǎn)選擇需要在零件左端的內(nèi)孔處，還有零件大端面的A孔。在加工過(guò)程中必須保證零件背帽的穩(wěn)定性。該金屬零件固定心軸的位置如圖1所示。

在該金屬零件加工過(guò)程中，鉆孔環(huán)節(jié)的難度較大，這是因?yàn)闊o(wú)法對(duì)零件進(jìn)行劃線處理。鑒于這種情況，只能通過(guò)鉆孔的方式，定位零件固定心軸的位置。以閥體工藝孔為目標(biāo)位置，將固定心軸推入，推入之后，利用兩個(gè)斷面的十字線完成重合的定位。然后，對(duì)零件進(jìn)行切削處理和堵頭焊接的工作。在操作的全過(guò)程要避免出現(xiàn)滲漏情況，影響零件的整體質(zhì)量，最終完成固定心軸的定位工作[3]。

2.3 同軸度定位誤差的補(bǔ)償

當(dāng)該金屬零件固定心軸的定位工作完成之后，同軸度的精度要求成為一項(xiàng)重點(diǎn)考慮的內(nèi)容，必須采取措施，補(bǔ)償定位誤差。在加工零件大小外圓的過(guò)程中，加工基準(zhǔn)為零件兩端的中心孔。這樣做的最大好處是可以使同軸度偏差保持在較低的水平，低到甚至可以無(wú)視。同時(shí)，在加工內(nèi)錐的過(guò)程中，需要利用內(nèi)外圓磨，此時(shí)，胎具內(nèi)錐的中心位置同軸于內(nèi)圓磨的回轉(zhuǎn)中心。同時(shí)，在確認(rèn)同軸度的過(guò)程中還可以借助外錐，當(dāng)內(nèi)外兩錐配合之后，零件內(nèi)圓磨上，將會(huì)被椎體磨出內(nèi)孔。此時(shí)，內(nèi)圓磨回轉(zhuǎn)中心與磨出的內(nèi)孔之間，必定為同軸。在通常情況下，在定位同軸度過(guò)程中產(chǎn)生的誤差將會(huì)受到內(nèi)外錐配合精度的影響。因此，在補(bǔ)償同軸度定位誤差的過(guò)程中，以零件內(nèi)外錐的配合精度為突破口。

在補(bǔ)償過(guò)程中，需要在固定心軸處增加定位面，進(jìn)而補(bǔ)償可能存在誤差的位置。通常情況下，在固定心軸上，定位孔、端面和軸等3處位置定位工作同步進(jìn)行。這樣可以畢其功于一役，只需一次加工。為了將誤差更加精準(zhǔn)地復(fù)映出來(lái)，需要了解加工數(shù)控機(jī)床的誤差情況，此時(shí)需要同軸度和垂直度的近似值。同時(shí)，在第一次裝夾加工之后，該金屬零件的3個(gè)定位面就可以完成加工，并且完全可以滿足在精度上的高要求。因此，即使同軸度出現(xiàn)了偏差，固定心軸和零件本身的裝夾也不會(huì)受到影響[4]。

為了實(shí)現(xiàn)零件的徑內(nèi)定位，需要借助小間隙定位面，此時(shí)以往在單個(gè)徑向定位面難以完成選擇的困難也可以有效解決。此外，在補(bǔ)償零件軸向偏斜產(chǎn)生的誤差時(shí)，需要明確軸向偏斜誤差產(chǎn)生的原因是定位面積過(guò)小。為此，在定位零件內(nèi)孔的大小時(shí)，可以增加輔助定位面，以提供更大的定位面積。當(dāng)定位面積擴(kuò)大之后，軸向偏斜產(chǎn)生的誤差就可以被控制住，在同軸度上的精度需求也可以被滿足。

3 在試驗(yàn)中論證分析

在傳統(tǒng)的加工方式下，加工斷續(xù)深長(zhǎng)孔金屬零件不僅難以滿足同軸度的要求，更無(wú)法滿足精度的要求，為此，參考某工廠加工該零件常用的圖紙，可知，圖紙中零件的軸度數(shù)值有5種不同類型。在設(shè)計(jì)和加工該零件時(shí)，分別使用傳統(tǒng)加工法和本文工藝，每種工藝加工的零件數(shù)量均為100，在加工完畢后，測(cè)量每個(gè)零件的同軸度，測(cè)量結(jié)果見表1。

由表1數(shù)據(jù)可知，就同軸度的平均差測(cè)量值來(lái)說(shuō)，傳統(tǒng)加工工藝要遠(yuǎn)低于本加工方式。同時(shí)，利用本文的加工方式，加工不同同軸度零件的精度均符合工廠要求的同軸度公差值（0.05mm）。由此可知，為了保證同軸度精度的要求，可以摒棄傳統(tǒng)的加工工藝，轉(zhuǎn)而使用本文的加工方法，加工出具有同軸度要求的斷續(xù)深長(zhǎng)孔金屬零件，并且加工出工件的合格率明顯較高。

4 多個(gè)外圓和孔具有同軸度要求的工件

4.1 零件孔為通孔時(shí)的加工工藝

當(dāng)零件的孔為通孔時(shí)，工藝方面可以參照先磨孔再穿心軸?？梢圆捎霉に噲A柱，但是需要保證工件的尺寸足夠小，長(zhǎng)度也不能太長(zhǎng)。在加工過(guò)程中利用萬(wàn)能外圓磨和數(shù)控機(jī)床兩種設(shè)備，一次性將內(nèi)孔、端面和外圓全部磨出，然后需要切掉工藝圓柱磨平端面。如果工件長(zhǎng)度較短、工件壁較厚，可以使用上述兩項(xiàng)設(shè)備將工件的一端夾住，再完成零部件的加工。之后在外圓磨床上使用磁力吸盤吸住加工過(guò)的工件端面。

4.2 零件孔為不通孔時(shí)的加工工藝

如果孔處于不通狀態(tài)，則需要使用數(shù)控機(jī)床和萬(wàn)能外圓磨床將外圓的左端夾住，然后一次性加工出工件的內(nèi)孔、右端面和大外圓，再使用磁盤，在外圓磨床上將右端面吸住，找正大外圓之后將小外圓磨出，這樣可以保證兩個(gè)外圓與孔同軸。如果工件的長(zhǎng)度較長(zhǎng)，則必須注意，工件可能吸附在磁盤上，并且工件擺動(dòng)的頻率和幅度都比較嚴(yán)重，由此為安全事故的發(fā)生埋下隱患。在熱前加工過(guò)程中，需要在孔口和左端面車打出中心孔，孔的角度要保證在60°。

在熱后加工過(guò)程中，要保證工件兩端的中心孔都經(jīng)過(guò)磨平，無(wú)論是大外圓還是小外圓，在磨平過(guò)程中都需要在外圓磨床上進(jìn)行，也必須頂著工件兩端的中心孔。其中，磨大外圓必須保證尺寸符合要求，磨小外圓必須保證磨出錐度，可以遵照莫氏錐度，在錐度小的一端，尺寸需要比規(guī)定的大一些。然后再車出一個(gè)錐孔的胎具，此時(shí)需要使用到內(nèi)圓磨床的三抓夾盤，將錐孔胎具牢牢夾住，依照此前磨外錐的角度和尺寸，磨出一個(gè)莫氏內(nèi)錐。在胎具的錐孔中將工件的小端插入，然后使用莫氏錐連接在一起。這是因?yàn)槟襄F度可以保證自鎖，將錐面作為連接工具，將胎具與工件連接在一起，之后磨工件的內(nèi)孔。最后只需要頂住工件兩端的中心孔，按照小外圓的尺寸，在外圓磨床上將工件加工成形，即可完成不通孔時(shí)的零件加工。

5 深長(zhǎng)孔系加工工藝優(yōu)化對(duì)策的應(yīng)用

5.1 工藝流程

在實(shí)際進(jìn)行深長(zhǎng)孔系加工過(guò)程中，技術(shù)人員將精度以及效率作為首要考量標(biāo)準(zhǔn)，如復(fù)雜零件加工作業(yè)中應(yīng)包括切屑、熱處理以及輔助工序等。

5.1.1 工序安排原則

（1）基準(zhǔn)先行原則。在實(shí)際對(duì)零件進(jìn)行架構(gòu)拖成中依照關(guān)鍵孔余量以及尺寸作為粗基準(zhǔn)，以實(shí)現(xiàn)加工基準(zhǔn)平面的作用。隨后將平面視為精基準(zhǔn)，并在此基礎(chǔ)上開展孔系加工作業(yè)。

（2）先面后孔原則。考慮到部分零件在外形上存在較大平面，因此，技術(shù)人員首先對(duì)此類零件平面進(jìn)行加工，隨后將其視為精基準(zhǔn)，開展后續(xù)孔系加工孔作業(yè)。

（3）先粗后精原則。技術(shù)人員設(shè)定在實(shí)際進(jìn)行深長(zhǎng)孔系加工作業(yè)過(guò)程中應(yīng)遵循“粗加工→半精加工→精加工”的流程開展作業(yè)，以便在后續(xù)作業(yè)過(guò)程中可以發(fā)現(xiàn)并處理加工誤差以及表面缺陷，為確保零件整體精度提供有力保障。

5.1.2 工藝執(zhí)行路線

優(yōu)化后的深長(zhǎng)孔系加工作業(yè)中主要涵蓋劃線、粗加工、半精加工、精加工等流程，具體操作流程為“劃線→粗加工→檢→焊→熱→劃線→半精加工→精加工→鉆→鉗→檢”，流程說(shuō)明如下。

（1）設(shè)置劃線工序的主要目的是檢查毛坯內(nèi)腔尺寸以及各部分余量均勻性，如果發(fā)現(xiàn)不合格之處，則需要依據(jù)部位重要程度進(jìn)行劃線，以便后續(xù)修整，為零件粗加工提供基準(zhǔn)支持。

（2）采用刨臺(tái)式鏜銑加工中心進(jìn)行銑面、鏜孔加工，確保各尺寸精度，勞動(dòng)效率顯著提高。

（3）為了減小加工后的應(yīng)力變形，關(guān)鍵孔的加工應(yīng)按照“粗鏜→半精鏜→精鏜”的步驟進(jìn)行，以提高孔的加工精度。

（4）同一軸線上各孔的同軸度，加工完后應(yīng)在機(jī)床上進(jìn)行自檢。

該工藝路線經(jīng)過(guò)大量實(shí)踐驗(yàn)證，基本合理。

5.2 切削用量界定

從技術(shù)角度分析可知，零件切削用量直接由機(jī)床設(shè)備剛性、刀具耐用度以及加工部位精度決定。同時(shí)，切削用量大量直接對(duì)生產(chǎn)效率造成影響。技術(shù)人員在實(shí)際工作中應(yīng)用廣泛認(rèn)可的“快速輕切削”理念，依據(jù)零件材料性能，硬度介于HB180～320，孔加工粗糙度要求為Ra3.2。鏜孔工序主要是對(duì)粗加工后的孔進(jìn)行精加工，余量相對(duì)較為均勻，并且加工中心都配有冷卻系統(tǒng)，加工條件較好，刀具均采用硬質(zhì)合金可轉(zhuǎn)位鏜刀。經(jīng)過(guò)大量現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，加工時(shí)可按加工孔徑選擇切削參數(shù)。

6 結(jié)束語(yǔ)

本文主要研究了一種新的加工工藝，用于加工斷續(xù)深長(zhǎng)孔金屬零件。同時(shí)，綜合利用定位誤差補(bǔ)償方法，批量完成類似零件的生產(chǎn)，最終生產(chǎn)出的零件具有良好的工藝效果。就生產(chǎn)零件的合格率來(lái)說(shuō)，利用本文加工工藝，可以將零件的合格率提升至97%，有效解決了以往限制實(shí)際生產(chǎn)的問(wèn)題。

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作者簡(jiǎn)介

趙玉斌（1981—），男，江蘇揚(yáng)中人，本科，一級(jí)教師，主要從事對(duì)口單招機(jī)械基礎(chǔ)學(xué)科教學(xué)與研究工作。