連接器接觸件銑槽加工探討

劉相義

（貴州航天電器股份有限公司，貴州貴陽，550009）

1 前言

接觸件剛性插孔的開槽加工工藝一般情況下有三種加工方式，沖槽、銑槽和線切割割槽，沖槽是采用設(shè)計沖制模具進(jìn)行沖床加工，加工特點是速度快，但槽根部有毛刺甚至有輕微開裂現(xiàn)象；線切割割槽主要采用線切割機(jī)床進(jìn)行電加工，線切割割槽裝夾精度不高，割槽后經(jīng)常出現(xiàn)開口偏斜、不均勻、硬邊毛刺、槽口腐蝕以及粗糙度差等問題，批次間由于放電參數(shù)或間隙不一，會出現(xiàn)同一零件，不同批次間的粗糙度，尺寸一致性差。線切割零件質(zhì)量狀態(tài)如圖1所示。從圖中可以明顯觀察到粗糙度不好，有腐蝕坑等。

圖1 線切割割槽質(zhì)量狀態(tài)

最好的開槽方式是銑槽加工，國外先進(jìn)的加工技術(shù)已經(jīng)實現(xiàn)數(shù)控車銑復(fù)合一體化加工成形，生產(chǎn)成本較低，質(zhì)量水平較高。在瑞士特納斯數(shù)控縱切加工中心上，可以實現(xiàn)高速銑槽、去毛刺、縮口的一體化加工，銑槽質(zhì)量較好，不需要進(jìn)一步手工去除毛刺，加工效率高。

目前，國內(nèi)通常的槽加工方法是采用鋸片銑刀開槽，隨著刀具技術(shù)和設(shè)備技術(shù)的發(fā)展，開槽寬度逐漸減小到0.15mm、0.10mm甚至更窄，采用鋸片銑刀開槽，銑床采用高速銑削方式，轉(zhuǎn)速達(dá)到12000r／min以上，實現(xiàn)高速銑槽加工，對于對稱結(jié)構(gòu)的2槽、4槽加工工藝、毛刺的控制、刀具的要求等工藝發(fā)展已經(jīng)趨于成熟。圖2為銑槽加工質(zhì)量狀態(tài)圖，從圖中可以看出，零件槽表面光潔，狀態(tài)優(yōu)良，質(zhì)量明顯優(yōu)于線切割割槽狀態(tài)。

圖2 銑槽質(zhì)量狀態(tài)

本文將針對銑槽加工進(jìn)行分析探討。

2 銑削加工理論分析

連接器銑槽加工屬于銑削加工，選用鋸片銑刀進(jìn)行銑削成形，此種銑削方式屬于圓周銑削。圓周銑削（簡稱周銑）可看作端銑的一種特殊情況，即主偏角Kr＝90°。用立銑刀銑溝槽時是對稱銑的特殊情況，用圓柱銑刀加工平面時，是不對稱銑的特殊情況。如圖3所示，圓周銑削分為逆銑和順銑兩種銑削方式。［1］

圖3 銑削加工方式原理圖

1）逆銑分析

逆銑時，刀齒開始時接觸工件及以后的一段距離內(nèi)不能切下切屑，而是刀齒的刃口鈍圓部分對被切削金屬層的擠壓、滑擦和啃刮。這一擠壓、滑擦現(xiàn)象是發(fā)生在前一刀齒所形成的硬化層內(nèi)，使得逆銑的這一缺點更加突出，致使刀具磨損加劇，易產(chǎn)生周期性振動，工件已加工表面粗糙度值增大。

逆銑時前刀面受切削層的作用力，在垂直方向的分力Fv是向上的。這個向上的分力有把工件從夾具內(nèi)拉出的傾向。特別是開始銑削一端，如圖4所示。開始吃刀時若工件夾緊不牢會使工件翻轉(zhuǎn)發(fā)生事故。為防止事故發(fā)生，一是要注意工件夾緊牢靠；二是開始吃刀時可采取先低速進(jìn)給，待進(jìn)給一段后再按正常速度進(jìn)給。［2］

圖4 逆銑受力分析圖

2）順銑分析

順銑時，銑刀齒切入工件時的切削厚度最大，隨后逐漸減小。避免了逆銑切入時的擠壓、滑擦和啃刮現(xiàn)象。而且刀齒的切削距離較短，銑刀磨損較小，壽命可比逆銑時高2到3倍，已加工表面質(zhì)量也較好。特別是銑削硬化趨勢強(qiáng)的難加工材料時效果更明顯。順銑受力分析和逆銑正好相反，前刀面作用于切削層的垂直分力Fv始終向下，因而整個銑刀作用于工件的垂直分力較大，將工件壓緊在夾具上，安全可靠。

采用順銑時，必須消除進(jìn)給機(jī)構(gòu)的間隙，避免爬行現(xiàn)象。采用順銑的第二個限制條件是工件待加工表面無硬皮，否則刀齒易崩刃損壞。［3］

3 連接器接觸件銑槽分析

連接器接觸件插孔開槽以XX系列為例，主要寬度如表1所示，其中寬為0.2mm的零件最為常見，如XX通用件的＃22，＃20等插孔都是開槽零件，年生產(chǎn)幾十萬只。

表1 剛性插孔開槽規(guī)格

典型結(jié)構(gòu)如圖5所示，分析可知，接觸件槽從中間開制，槽寬一般在0.18到0.5之間，槽尺寸公差在0.06左右，槽深在3mm左右，要求槽在零件中心，對稱度保證在0.05以下。槽不允許偏斜，槽內(nèi)、槽外均不允許有毛刺。

圖5 接觸件插孔典型結(jié)構(gòu)

零件材料一般以QSn和QBe為最多，此類接觸件為鋼性針連接器關(guān)鍵重要件，加工難度大，在保證槽寬的情況下，需要保證其對稱度，槽內(nèi)外不允許有毛刺，銑加工毛刺去除難度比較大。

4 銑槽設(shè)備建設(shè)

通過復(fù)查的研究分析，設(shè)計銑槽加工方案，公司定制了專用自動化高速銑槽設(shè)備，如圖6所示，此設(shè)備為自動銑槽，附帶收口及插拔力檢測功能，本次主要討論銑槽功能，設(shè)備模塊主要有上料模塊、定位裝夾模塊、銑削模塊、通孔去刺模塊以及收口及插拔力檢測模塊。操作員將裝好產(chǎn)品的針板放入針板上料機(jī)構(gòu)，設(shè)備可按設(shè)定的參數(shù)自動循環(huán)加工，加工完成的成品自動收集落入成品料盒。當(dāng)針板產(chǎn)品缺少時，設(shè)備自動報警，操作員即可更換下一個裝好產(chǎn)品的針板繼續(xù)加工，為提高設(shè)備運行效率，產(chǎn)品上料和銑槽同時進(jìn)行。

圖6

此設(shè)備多用于接觸件鋼性針孔銑槽，銑槽效率高，加工零件質(zhì)量穩(wěn)定，在加工前需要配置各類夾持塊及上料板，裝料時采用人工裝料，一次可上料450件，比較適合中、小批量生產(chǎn)，大批量生產(chǎn)時需要配置自動上料裝置。

5 銑槽加工探討

1）銑削方式

從上述理論分析可知，銑削加工方式主要有二種方式，一種為逆銑，一種為順銑，如選用逆銑的加工方式，零件啃刮、擠壓現(xiàn)象嚴(yán)重。表面粗糙度值增大，零件毛刺大，為了提高刀具使用壽命及銑削表面質(zhì)量，降低表面粗糙度值，達(dá)到銑槽質(zhì)量要求，減少銑削毛刺，選用順銑方式加工比較適合接觸件銑槽，加工時受力和逆銑受力相反，受力向下，切削余量小，刀具磨損小。

2）加工刀具探討

從零件結(jié)構(gòu)分析可知，接觸件槽尺寸為0.18到0.5的直槽，加工時選用鋸片銑刀，鋸片銑刀加工時，對于每個刀齒來說，都是斷續(xù)切削，都有切入和切出過程，切入和切出沖擊對于高速鋼刀具的影響較小，對于硬質(zhì)合金等強(qiáng)度較低的脆性材料影響較大。但為了提高刀具的耐磨性能以及使用壽命，需選用硬質(zhì)合金刀具，二者兼顧的情況下，應(yīng)盡量選用足夠多的齒來分解沖擊力對刀具的影響，理論上，鋸片刀具齒數(shù)應(yīng)選用100齒以上，提高零件表面粗糙度以及刀具壽命。

3）高速銑槽探討

普通銑削加工采用低進(jìn)給速度和大的切削參數(shù)，而高速銑削加工采用高進(jìn)給速度和小的切削參數(shù)。理論上，轉(zhuǎn)速越高，進(jìn)給和吃刀量均可相應(yīng)的選擇越小，切削力就會越小，這樣明顯有利于銑削毛刺控制，提高銑削表面質(zhì)量。自動化銑槽設(shè)備最高轉(zhuǎn)速達(dá)到了4萬轉(zhuǎn)，適用于高速加工要求。

德國切削物理學(xué)家CarlSalomom在1929年做了大量的高速切削實驗，認(rèn)為工件材料都有一個臨界切削速度，當(dāng)以這個臨界速度加工零件時，切削溫度最高，當(dāng)超過這個速度時，溫度就會除低，表2列出了幾種材料的高速加工速度，［4］如表所示，接觸件零件為銅合金材料，當(dāng)加工線速度達(dá)到或超過1000m／min時，加工切削溫度得到明顯降低，切削力將會變小并趨于穩(wěn)定狀態(tài)。

表2 常用材料高速切削速度對比表

自動化銑槽設(shè)備銑槽加工選用刀片直徑為φ35，線速度為Vc＝π×d×n，理論上，加工線速度需達(dá)到1000m／min。轉(zhuǎn)速按下列公式計算：

因此，銑槽加工選擇轉(zhuǎn)速應(yīng)大于9099r／min，才能滿足高速加工要求。

6 加工驗證

6.1 加工參數(shù)驗證

新購置自動化銑槽非標(biāo)設(shè)備銑槽有二次進(jìn)給功能，槽加工到位后允許延時加工，按上述理論分析，轉(zhuǎn)速至少需要達(dá)到9090r／min才能滿足高速加工要求，故確定加工參數(shù)按表3進(jìn)行，為了兼顧零件加工效率及零件加工質(zhì)量，轉(zhuǎn)速按12000～18000r／min，進(jìn)給量和切削深度參數(shù)按二次進(jìn)給進(jìn)行設(shè)置，二次加工完成后，利用設(shè)備延時功能，加工后延時0.5-1S，延時加工有利于零件毛刺處理及提高表面質(zhì)量。

表3 加工參數(shù)表

按表3工藝參數(shù)，配合上述研究的鋸片刀具以及順銑加工方式，進(jìn)行零件加工驗證，批產(chǎn)了10個批次以上零件，零件表面質(zhì)量好，尺寸精度得到很好的保證，滿足了零件性能要求。但在驗證加工過程還是出現(xiàn)了一些問題，經(jīng)過研究分析得到了很好的解決。

6.2 生產(chǎn)驗證問題

1）零件孔內(nèi)槽毛刺，孔內(nèi)毛刺如圖7所示，孔內(nèi)毛刺主要為片狀，毛刺經(jīng)高速銑削后，不能脫落，成片狀并掛在槽底部孔內(nèi)，槽內(nèi)孔邊毛刺很小，肉眼無法看出，在顯微鏡下才能發(fā)現(xiàn)。

圖7

2）零件加工后，進(jìn)刀面毛刺翻到內(nèi)孔，出刀面毛刺翻到插孔外圓，如圖8所示，毛刺仍然為片狀，掛在零件外圓上，出刀面槽外圓有輕微毛刺。

圖8

6.3 解決措施

1）內(nèi)孔毛刺處理，在加工時增加內(nèi)孔鉸孔通孔軸機(jī)構(gòu)，如圖9所示，鉸孔通孔時，使用麻花鉆刀具，鉆頭尺寸小于孔徑尺寸0.05到0.1范圍內(nèi)，這樣既可將毛刺有效去除，又可避免鉸傷內(nèi)孔。

圖9

2）外圓毛刺處理，在鉸孔軸鉆頭位置增加下?lián)鯄K，擋塊到零件外圓間隙保證在0.03到0.05之間，當(dāng)零件外圓產(chǎn)生毛刺時，毛刺會被擋塊擋掉去除。

3）銑刀片改進(jìn)，將銑刀片上開三個均布的缺口，如圖10，增加三個缺口后，理論上增加了銑槽時進(jìn)刀沖擊力，增加了鋸齒容屑能力，實踐證明，能有效的控制毛刺和提高槽表面質(zhì)量。

圖10 改進(jìn)后鋸片銑刀

6 結(jié)論

本文通過對銑削加工理論分析，使用高速自動化銑槽加工非標(biāo)設(shè)備進(jìn)行銑槽，采用順銑加工，選用合理的工藝參數(shù)及刀具，解決了接觸件開槽出現(xiàn)的表面質(zhì)量以及毛刺等問題，銑槽加工效率高，零件質(zhì)量穩(wěn)定，滿足了產(chǎn)品性能要求。