高精度平面銼削技術(shù)創(chuàng)新

李曉波，渠曉剛，王蒲珉，孫秀娟

1. 山西航天清華裝備有限責(zé)任公司 山西長(zhǎng)治 046000 2. 太原科技大學(xué) 山西太原 030024

1 序言

許多高精度零件的平面需要由鉗工銼削加工而成，這些平面一般都有較高的精度要求，除了要達(dá)到較高的尺寸精度和形位精度外，還要求具有足夠低的表面粗糙度值，通常表面粗糙度值Ra要求達(dá)到0.8～1.6μm。在銼削加工過程中，很容易出現(xiàn)劃傷等缺陷，從而導(dǎo)致其表面粗糙度達(dá)不到設(shè)計(jì)要求。因此，一方面對(duì)操作人員的技能水平有較高要求，另一方面在銼刀的選用、銼削方法等工藝措施上也應(yīng)加以重視。

2 銼削表面劃傷原因分析

銼削是由操作人員按照一定的方式握持銼刀，使銼刀的工作面與工件的被加工平面接觸，并進(jìn)行平穩(wěn)勻速的往復(fù)推拉運(yùn)動(dòng)。在銼刀向前推進(jìn)的過程中，銼齒對(duì)加工面進(jìn)行切削，去除加工面的余料；在回程過程中，銼齒并不起切削作用。

銼刀結(jié)構(gòu)如圖1所示。在銼刀的工作面上，按一定的排列規(guī)律布滿銼齒[1]（見圖2）。銼齒是銼刀能夠起到切削作用的主要結(jié)構(gòu)，用于金屬加工的銼刀，其銼齒一般是用專門的剁齒機(jī)加工而成，銼刀上的每一個(gè)銼齒相當(dāng)于一把單獨(dú)的切削刀具，具有各自的前角、后角等切削角度。銼齒結(jié)構(gòu)如圖3所示，從宏觀來看，這些銼齒以一定的規(guī)律排布在銼刀的工作面上，在銼削時(shí)共同對(duì)材料進(jìn)行切削。每?jī)膳配S齒之間的空隙形成容屑槽，銼削過程中產(chǎn)生的切屑暫時(shí)堆積在這些容屑槽中，隨著銼刀的向前推進(jìn)，當(dāng)銼齒離開被加工表面時(shí)，切屑通常會(huì)自動(dòng)從銼刀上脫落。當(dāng)銼削過程中產(chǎn)生的切屑較多、較大時(shí)，有一部分切屑會(huì)卡在容屑槽內(nèi)，甚至高于銼齒的高度，這時(shí)如果銼刀繼續(xù)往前推進(jìn)，則切屑會(huì)在銼削表面上形成較深的劃痕。由于這種現(xiàn)象在銼削較軟的材料時(shí)比較容易發(fā)生，所以此時(shí)應(yīng)選用容屑槽較大的粗齒銼刀。

圖1 銼刀結(jié)構(gòu)

圖2 銼刀工作面布滿銼齒

圖3 銼齒結(jié)構(gòu)

而用于高精度平面銼削的細(xì)銼刀及油光銼，必須具有較小的銼齒，銼齒之間排列得更為緊密，導(dǎo)致其容屑槽較小，尤其是油光銼[2]，其容屑槽更為細(xì)小，銼削過程中切屑更容易嵌入銼齒（見圖4）而堆積卡滯，劃傷被加工表面，嚴(yán)重破壞其表面質(zhì)量，銼削加工表面劃痕如圖5所示。這些嵌入銼刀容屑槽的切屑不易清理，有時(shí)用鋼絲刷都難以清除，需用劃針等尖銳工具逐個(gè)剔除，影響加工效率。

圖4 普通油光銼切屑嵌入銼齒

圖5 銼削加工表面劃痕

3 創(chuàng)新設(shè)計(jì)高精度油光銼

在高精度平面的銼削加工中，為了避免被加工表面劃傷，通常采取減小施加在銼刀上的作用力，或者在銼刀的工作面上涂粉筆灰等措施，但是都不能從根本上解決加工表面被劃傷的問題。尤其是在最后修整階段，操作稍有不慎就會(huì)出現(xiàn)表面劃痕，致使整個(gè)被加工平面的表面質(zhì)量下降，而不得不重新進(jìn)行修整。如果這樣的重復(fù)修整次數(shù)過多，則不僅降低加工效率，還會(huì)影響零件的尺寸精度。

在生產(chǎn)實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過線切割等電腐蝕加工過的零件表面，在與其他較軟材料零件表面接觸并發(fā)生相互摩擦?xí)r，具有一定的微量切削作用。利用這一發(fā)現(xiàn)，使用線切割加工將條狀高速鋼（HSS，俗稱白鋼條）切割開，制成高精度油光銼[3]，利用其切割面作為銼削工作面，對(duì)零件被加工表面進(jìn)行銼削修整，取得了較好的效果。

利用線切割加工出的高精度油光銼如圖6所示，其工作面上遍布著電腐蝕加工時(shí)電擊所形成的微小凹坑。高精度油光銼工作面微小凹坑局部放大如圖7所示，根據(jù)線切割切削參數(shù)的不同，這些微小凹坑的大小為0.5～2.5μm。凹坑之間連接的微小凸起，形成了具有切削作用的銼齒，而凹坑就充當(dāng)了容屑槽。這些銼齒十分細(xì)小，并且在油光銼的工作面上是無(wú)規(guī)則地隨機(jī)排列，使用這種油光銼在零件表面進(jìn)行修整時(shí)，其切屑為細(xì)微的粉末狀（見圖8），同時(shí)由于油光銼工作面上作為容屑槽的微小凹坑為開放式結(jié)構(gòu)，因此在加工過程中，切屑不會(huì)嵌入油光銼的容屑槽內(nèi)，從而避免將零件的加工表面劃傷。實(shí)際操作過程中，不論是零件被加工表面，還是油光銼工作面的切屑，用毛刷就可以輕松去除，即使是較軟的材料，使用這種高精度油光銼也能取得很好的修整效果。高精度油光銼加工表面如圖9所示。

圖6 高精度油光銼

圖7 油光銼工作面微小凹坑局部放大

圖8 細(xì)微的粉末狀切屑

圖9 高精度油光銼加工表面

傳統(tǒng)的銼刀制造工藝是先加工出銼齒，為了提高銼齒硬度，需進(jìn)行淬火等熱處理工序，最后不可避免地會(huì)造成銼刀發(fā)生凸凹或扭曲等現(xiàn)象，影響其使用性能。而創(chuàng)新設(shè)計(jì)的油光銼使用已經(jīng)過熱處理的高速鋼加工，成形后無(wú)需再進(jìn)行熱處理，不會(huì)產(chǎn)生變形。同時(shí)得益于線切割加工的高精度優(yōu)勢(shì)，其工作面直線度及平面度能保證在0.02mm之內(nèi)，這是高精度油光銼在高精度平面銼削修整加工中的另一個(gè)有利因素。

4 銼削加工案例

圖10所示閥套是液壓系統(tǒng)中的重要零件，其上有3組共12個(gè)方孔，用以與閥芯配合控制液壓油的流量，其尺寸精度和表面粗糙度要求較高，尺寸精度需控制在±0.01mm，表面粗糙度值Ra需控制在0.4μm，且同一組方孔的工作面必須嚴(yán)格統(tǒng)一，誤差不能超過0.01mm。該閥套流量控制孔的加工，通常采取精銼后研磨的加工方案。因?yàn)槿绻唤M的4個(gè)方孔中任1個(gè)的工作面尺寸超差，則必須重新修整另外3個(gè)，使其工作面保持一致，所以使用普通油光銼修銼過程中經(jīng)常出現(xiàn)表面劃傷現(xiàn)象，導(dǎo)致隨后的修研工作量加大，嚴(yán)重影響加工效率。

圖10 閥套

利用改進(jìn)后的高精度油光銼，將閥套流量控制孔的加工方案進(jìn)行優(yōu)化，充分發(fā)揮高精度油光銼不易嵌入切屑的優(yōu)勢(shì)，消除了被加工表面劃傷現(xiàn)象，加工后的表面只需微量研磨就可達(dá)到技術(shù)要求，加工效率成倍增加。

5 結(jié)束語(yǔ)

機(jī)械化的高度發(fā)展，使得銼削這種手工操作的加工手段只局限在較小的范圍內(nèi)使用，但是需要銼削加工的零件，一般都是機(jī)床難以加工或者加工成本較高的零件，且大多數(shù)是比較重要且精度要求較高的零件。利用新型高精度油光銼，可以在保證零件加工精度的前提下，盡可能地提高加工效率。另外，在鉗工實(shí)操技能比賽中，可以利用高精度油光銼高效修整工件加工表面。