銑削細(xì)小盲方孔的成型工藝

　　在研制SD-95型磁電式速度里程表時(shí)，遇到了加工細(xì)小盲方孔的特殊問題。零件如圖1所示，工作時(shí)儀表與傳感器采用軟軸聯(lián)接，為傳遞轉(zhuǎn)矩，需在主軸內(nèi)加工出邊長(zhǎng)僅為2.75mm(7/64英寸)作用長(zhǎng)度為8mm的正方形盲孔。而且要求方孔的后部深處有一段大于方孔外接圓直徑的過渡圓孔，以適應(yīng)軟軸頭部的軸向竄動(dòng)和徑向擺動(dòng)并儲(chǔ)存潤(rùn)滑油。由于該軸批量較大，不可能采用特種加工方法，所以一度成為該產(chǎn)品的制約因素，影響經(jīng)濟(jì)效益。

圖1 速度里程表主軸零件圖

　　由于該孔為盲孔，直徑又小，無法預(yù)制退刀槽且排屑困難，故不能采用插削、沖切等常規(guī)的有屑加工方法。因此我們考慮采用先打底孔，然后對(duì)軸施加徑向壓力，使其塑性變形從而由圓成方的無屑成型工藝。基于以上思路，我們先后構(gòu)思、實(shí)踐了多種加壓成型方法，以下介紹的是方孔成型的幾種方法。

　　一、沖壓成型法

　　工藝步驟為：粗車f6mm段外圓至f7.2mm，鉆內(nèi)孔f4mm深20mm。卸下工件，在孔內(nèi)插入2.75mm正方芯棒，找正方位后在沖床上用上下模均呈90度的V型模具壓制成內(nèi)外均呈方形，長(zhǎng)度為8mm，然后抽出芯棒后即成(圖2)。

圖2 沖壓成型法

　　該方法的優(yōu)點(diǎn)是工藝步驟簡(jiǎn)單、模具制造方便、生產(chǎn)周期短。缺點(diǎn)是沖壓時(shí)工件軸向呈無約束自由狀態(tài)，故在沖壓力的作用下主軸易發(fā)生彎曲變形。使方孔與外圓的同軸度難以保證。同時(shí)使芯棒容易折斷，取出也較困難，工人勞動(dòng)強(qiáng)度大。此外，工件局部外圓變方后，對(duì)后續(xù)工序精車外圓等帶來不便。實(shí)用中正方芯棒采用白鋼刀材料，用線切割直接制成，使其有較 好的強(qiáng)度。為便于取芯，在長(zhǎng)度方向制成1:100的斜度，同時(shí)要求沖壓時(shí)注意隨時(shí)加油潤(rùn)滑，并采用專用工具抽芯。該方法正品率小于85%，只適用于小批量生產(chǎn)。

　　二、滾壓成型法

　　工藝步驟：粗車f6mm段外圓至f7.2mm，鉆內(nèi)孔f4mm深20mm，加工出孔f5mm深3mm。不卸工件，在車床尾架的專用活頂尖上夾持2.75mm正方芯棒，伸入孔內(nèi)，以f5mm孔定位。然后開動(dòng)車床，用滾輪輾壓方芯段，使該段變形縮孔，并在方芯的約束作用下形成方孔，滾壓到位后停車抽出芯棒即成(圖3)。

圖3 滾壓成型法

　　該方法的優(yōu)點(diǎn)是所有工步均在車床上不卸工件完成，故成型后的方孔能與外圓保持較高的同軸度，質(zhì)量容易保證。且對(duì)設(shè)備要求低，只需普通車床即可，特別適合小型企業(yè)。缺點(diǎn)是滾壓時(shí)徑向力較大，會(huì)使工件發(fā)熱并引起振動(dòng)，此外，對(duì)工人的操作技術(shù)要求較高。實(shí)用中為克服徑向力較大的問題，采用了前后雙滾輪同時(shí)相向進(jìn)給滾壓的方法，并用液壓傳動(dòng)，使徑向力基本上互相抵消，也加快了滾壓速度，效果很好。但此種方法使刀架的進(jìn)給機(jī)構(gòu)較復(fù)雜，常用于批量較大時(shí)。該工藝成敗的關(guān)鍵在于滾壓速度和進(jìn)給量的掌握，不但要滾壓到位，使方孔形狀飽滿，而且不能過度，以免失去外圓精加工的余量。具體參數(shù)如滾壓前毛坯外徑、滾壓速度、滾壓進(jìn)給量等可通過工藝試驗(yàn)獲得。

　　三、模具成型法

　　為適應(yīng)大批量生產(chǎn)的需要，我們研制出專用模具，使生產(chǎn)率大大提高。

　　工藝步驟為：在車床上先粗車后精車f6mm段外圓，留磨削余量。鉆內(nèi)孔f4mm深 20mm，并加工出孔f5mm深3mm，用作定位基準(zhǔn)。然后在沖床上用專用模具在方孔段對(duì)應(yīng)直徑處壓出四條凹槽，使材料向孔內(nèi)轉(zhuǎn)移，在芯棒的共同作用下形成方孔，具體成型過程如圖4所示，專用成型模具如圖5所示。

圖4 模具成型法

　　模具的工作情況是這樣的：工件9以精車后的外圓定位放入凹模體6內(nèi)。沖床帶動(dòng)上模板8下行時(shí)，首先由上頂桿12將工件壓緊在定位面上。楔柱17則推動(dòng)滑塊18沿水平導(dǎo)軌19左移，通過銷釘16帶動(dòng)移動(dòng)凸輪15同時(shí)左移。凸輪斜面與滾輪2共同作用，迫使方芯3向上運(yùn)動(dòng)進(jìn)入工件內(nèi)孔，并由f5mm孔定心。上模板繼續(xù)下移，此時(shí)楔柱處于空行程，上頂桿在彈簧10作用下保持頂緊狀態(tài)，使工件可靠定位。此后環(huán)楔14開始進(jìn)入工作行程，推動(dòng)四個(gè)成型沖頭4一起向心同步移動(dòng)，在工件上壓出凹槽使孔內(nèi)形成內(nèi)凸，在方芯的共同作用下完成方孔的定型。回程時(shí)，上模板上行，環(huán)楔14首先脫開成型沖頭，使后者在復(fù)位彈簧5的作用下回到原始位置。然后楔柱17推動(dòng)滑塊18向右移動(dòng)，相應(yīng)地移動(dòng)凸輪右行，通過斜面和滾輪使方芯退出內(nèi)孔。最后，上頂桿12松開工件，即可取出工件，至此完成一個(gè)工作循環(huán)。

　　1、7、13.聯(lián)接螺釘 2.滾輪 3.方芯 4.成型沖頭5、10.復(fù)位彈簧 6.凹模體 8.上模板 9.工件11.調(diào)節(jié)螺釘 12.上頂桿 14.環(huán)楔 15移動(dòng)凸輪16.銷釘 17.楔柱 18.滑塊 19.導(dǎo)軌 20.模具座

圖5 方孔成型模

　　該方法的優(yōu)點(diǎn)是工件外圓經(jīng)精車后，在模具內(nèi)的定位精度較高，同時(shí)實(shí)際壁厚減少，使變形容易，因此能獲得較高的質(zhì)量。由于壓凹量較小(單邊0.6mm)，又在局部范圍內(nèi)進(jìn)行，所以作用于工件上的沖壓力相對(duì)較小，故沖壓后工件變形也很小，可直接進(jìn)入下道磨削工序，使生產(chǎn)率大大提高。此外，該方法操作非常方便省力，深受工人歡迎。缺點(diǎn)是成型后會(huì)在工件外圓表面留下4條寬2mm深0.6mm的縱向凹槽，磨削后也不能去除。顯然，這不符合圖紙要求。對(duì)此，我們這樣認(rèn)為：由于該凹槽在理論上對(duì)下道磨削工序不利，但實(shí)際上，由于該凹槽是局部范圍的，影響不是很大，而對(duì)使用則影響更小，實(shí)踐證明，反而有助于潤(rùn)滑，因?yàn)椴蹆?nèi)恰好用于存儲(chǔ)一定的潤(rùn)滑油。所以我們對(duì)圖紙作了適當(dāng)?shù)男薷�，允許這些凹槽存在。如果一定要消除這些凹槽以完全符合圖紙要求，則可采用加大毛坯外徑，在成型后車去的方法，但我們建議還是不這樣做為好。