一種特種車輛用活塞套的加工工藝

關(guān)鍵詞：活塞套；加工工藝；浮動(dòng)夾具

0前言

在特種車輛的活塞缸中，所使用的活塞套產(chǎn)品因使用環(huán)境特珠，因此與一般的活塞套結(jié)構(gòu)不同。該活塞套產(chǎn)品結(jié)構(gòu)信息如下：材料為中碳鋼，要求淬硬，對(duì)半圓橫孔處圓度、直線度、粗糙度等要求較高，要求圓度為0.8 μm，直線度為0.6 μm，表面粗糙度為0.1；外圓面直徑為35 mm，公差為0.015 mm，表面粗糙度為0.3；產(chǎn)品屬于薄壁件，外圓需要磨削加工，如圖1 所示。

1零件結(jié)構(gòu)及加工要求

通過對(duì)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)在對(duì)半圓橫孔進(jìn)行直接加工時(shí)，因產(chǎn)品結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，很難對(duì)其操作，且無法達(dá)到高精度的形位公差要求。因此，需要補(bǔ)足整圓材料后進(jìn)行整孔加工，整孔加工完畢后再進(jìn)行多余材料的切除，以滿足形成半圓孔的結(jié)構(gòu)要求，如圖2所示。

此外，活塞套非整圓結(jié)構(gòu)，在外圓磨削時(shí)不能采用無心磨床貫穿通式進(jìn)行切削加工，只能采用雙頂尖頂住中心孔，用數(shù)控磨床磨削。但由于產(chǎn)品左側(cè)壁薄，熱處理后孔口處形成橢圓，頂尖頂緊時(shí)會(huì)裝夾糾正，但磨好釋放后孔口又彈回橢圓結(jié)構(gòu)，外圓薄壁處也隨之變成橢圓，達(dá)不到制造要求。因此，首先要解決頂尖橢圓的問題，如圖3所示。

2 工藝分析

2. 1 半圓橫孔不便于加工，且難以達(dá)到精度要求

如果將橫孔補(bǔ)足為整圓結(jié)構(gòu)，即可針對(duì)整圓橫孔進(jìn)行加工。整圓加工方法較多，包括內(nèi)圓磨、珩磨、珩鉸等，也可組合使用上述方法，最終達(dá)到圓度、直線度及粗糙度等要求，以及滿足產(chǎn)品橫孔精度的要求。待加工完畢后，再進(jìn)行電火花線切割切除，最終形成半圓橫孔結(jié)構(gòu)，滿足圖紙要求。該工藝方案在原材料損耗方面的成本會(huì)適當(dāng)增加，并增加電火花切割工序，其他并無影響，且各步驟較容易實(shí)現(xiàn)。

2. 2 橢圓外圓磨削問題

因產(chǎn)品裝夾前的橢圓外圓在裝夾變形后會(huì)發(fā)生回彈，為了驗(yàn)證回彈變形，采用橢圓活頂尖進(jìn)行模擬，即將頂尖也做成帶橢圓的錐形，將產(chǎn)品頂上后，可最大程度地減少或消除因裝夾不一致而產(chǎn)生的變形；在此操作下，磨削完畢后橢圓外圓沒有回彈，頂尖孔口處外圓也沒有因回彈而導(dǎo)致形成橢圓。結(jié)果證實(shí)，由于頂尖裝夾時(shí)是按照產(chǎn)品橢圓狀態(tài)進(jìn)行模擬配合的，頂尖頂緊后并沒有產(chǎn)生裝夾變形，所以磨削完畢后不存在回彈情況。但是，這種工藝方法并不適合批量生產(chǎn)，因?yàn)槊總€(gè)產(chǎn)品的橢圓度不同，不可能根據(jù)所有產(chǎn)品的狀態(tài)配備有不同橢圓度貼合度的頂尖；此外，因橢圓問題使得頂尖與產(chǎn)品不能產(chǎn)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，只能利用活頂尖，但活頂尖的精度與死頂尖的加工精度有較大差距。因此，為徹底解決該問題，須先解決產(chǎn)品頂尖孔橢圓問題，頂尖夾緊時(shí)就不會(huì)變形，則不會(huì)發(fā)生回彈，不會(huì)造成外圓磨后的回彈問題。

針對(duì)上述問題，解決方向如下：一是熱處理過程本身不變形；二是熱處理后再解決產(chǎn)品孔口橢圓問題。軸承鋼經(jīng)熱處理后均有不同程度的變形，特別是其結(jié)構(gòu)涉及薄壁件，無論是采用多用爐、真空爐或等溫爐等［1］，該產(chǎn)品受熱后孔口必會(huì)形成橢圓。因此，只能在熱處理后解決孔口橢圓問題，在此操作下頂尖夾緊時(shí)無夾緊變形。解決孔口橢圓問題的方法有孔口硬車削、磨削、研磨等。如果采用硬車削方案，由于產(chǎn)品結(jié)構(gòu)為薄壁件，在裝夾時(shí)對(duì)產(chǎn)品變形會(huì)有較大影響；磨削方案基本可行，但在裝夾時(shí)會(huì)對(duì)外圓本身的橢圓度有很大影響；最理想的工藝是采用研磨的方式，產(chǎn)品孔口朝上，研磨頭高速旋轉(zhuǎn)朝下慢慢接觸產(chǎn)品孔口錐面，進(jìn)行研磨。為實(shí)現(xiàn)此研磨工藝，須解決因產(chǎn)品個(gè)體差異而造成的位置偏移問題，而本文設(shè)計(jì)的1 種浮動(dòng)夾具結(jié)構(gòu)即可解決該問題。

3 浮動(dòng)夾具設(shè)計(jì)

作為研磨工藝可行性的重要部分，浮動(dòng)夾具的結(jié)構(gòu)如下：研磨頭采用彷頂尖錐面結(jié)構(gòu)，細(xì)砂粒電鍍金鋼鍍層，倒立垂直向下，整面貼近產(chǎn)品孔口錐面進(jìn)行研磨［2］。將產(chǎn)品夾具設(shè)計(jì)為浮動(dòng)式，可實(shí)現(xiàn)水平面任意角度的微小傾斜，以及任意方向的微小滑動(dòng)。如此，上方頂尖下壓碰到產(chǎn)品時(shí)會(huì)自動(dòng)貼合產(chǎn)品孔口錐面找正，隨著上方頂尖不斷下壓至產(chǎn)品，整面錐面貼合，以進(jìn)行整面研磨。然而，產(chǎn)品錐面、橢圓度等存在個(gè)體差異，頂尖下壓的高度會(huì)有微小差異，可通過夾具底部的4 根導(dǎo)向柱配合壓簧來貼合頂尖，使得研磨頂尖均能有效地接觸產(chǎn)品錐面，并施加一定的壓力，進(jìn)行有效研磨。

如圖4 所示，產(chǎn)品的內(nèi)倒角朝上放在筒套內(nèi)，通過下側(cè)橫向貫穿銷子固定，筒套下側(cè)套在L 形浮動(dòng)架中，L 形浮動(dòng)架通過滾針軸承連接在四方浮動(dòng)架上，四方浮動(dòng)架再通過滾針軸承連接在固定架上，如此通過四方浮動(dòng)架和L 形浮動(dòng)架的四側(cè)旋轉(zhuǎn)軸，可實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品任意角度的轉(zhuǎn)動(dòng)。無論是因?yàn)楫a(chǎn)品的微小區(qū)別，還是因?yàn)檠b夾區(qū)別，研磨頭下壓時(shí)均可通過此浮動(dòng)夾具自動(dòng)找正，使得研磨頭與產(chǎn)品內(nèi)錐面充分接觸，以實(shí)現(xiàn)有效研磨的目的［3］。此外，通過彈簧導(dǎo)向套的彈簧力來保持產(chǎn)品與研磨頭一定的接觸力，以提升研磨效率。

4結(jié)語

本文設(shè)計(jì)了一款全方位浮動(dòng)支承的夾具結(jié)構(gòu)，解決了非整圓孔的加工難題，并解決了因產(chǎn)品個(gè)體差異而無法量產(chǎn)研磨頂尖孔的問題，進(jìn)而順利解決了薄壁、橢圓形外圓的磨削問題。該方案可為后續(xù)類似零件的生產(chǎn)工藝提供了較為實(shí)用的參考價(jià)值。目前，該夾具已實(shí)現(xiàn)了小批量的產(chǎn)品生產(chǎn)，且加工過程穩(wěn)定可靠。