典型大直徑薄壁中間套零件磨削加工

    在拖式混凝土泵車(chē)中，有一種典型的大直徑薄壁零件——中間套，其內(nèi)孔直徑為202mm，外徑為212mm，壁厚僅為5mm，且該零件各尺寸之間的形位精度要求較高，外圓表面粗糙度Ra要求為0.4µm，外圓圓度誤差要求小于0.010mm。由于零件壁厚較薄，在磨削外圓時(shí)，如果不采取措施，常常會(huì)因?yàn)閵A緊力、磨削力、磨削熱、內(nèi)應(yīng)力等原因，使工件產(chǎn)生較大的變形，不能保證零件的加工質(zhì)量為減小零件的變形，我們根據(jù)零件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，制訂了合理的加工工藝流程，設(shè)計(jì)了專(zhuān)用磨削夾具并采取了特殊的裝夾方法，可以有效地保證該類(lèi)零件的加工質(zhì)量。
1、零件在磨削外圓時(shí)的變形分析
    根據(jù)零件的外形特點(diǎn)，采用錐度心軸裝夾時(shí)，工件在夾緊力的作用下，由于錐體的作用而產(chǎn)生的徑向分力會(huì)使工件變形。此外，由于在磨削時(shí)，工件的內(nèi)壁磨削熱不易散失，磨削熱也是引起薄壁零件變形的重要原因。由于工件變形，磨削后工件會(huì)形成馬鞍形(圖2)，難以保證工件的圓度及同軸度誤差要求，必須通過(guò)設(shè)計(jì)專(zhuān)用夾具并采用合理的工藝方案才能確保零件的加工質(zhì)量。
2、夾具結(jié)構(gòu)和使用原理
    1.心軸 2.固定銷(xiāo) 3.左定位板 4.拉桿 5.支撐板 6.右定位板 7.彈簧套 8.壓板 9.帶肩螺母 10.頂絲螺栓11.工件
    該夾具為心軸、漲套可調(diào)式結(jié)構(gòu)，由心軸1、固定銷(xiāo)2、左定位板3、拉桿4、支撐板5、右定位板6、彈簧套7、壓板8、帶肩螺母9和頂絲螺栓10組成，其中左、右定位板與工件之間的配合為H6/h5，右定位板6與彈性套7之間的配合為E8/h7。彈簧套7的內(nèi)錐度為20°使用夾具時(shí)，先用固定銷(xiāo)2將左定位板3固定在心軸1上，然后在心軸的另一端安裝上支撐板5，以零件加工好的內(nèi)孔為定位基準(zhǔn)裝入夾具，再將右定位板6裝在心軸上并與零件內(nèi)孔配合，在夾具上插人兩根拉桿4(位置均布)并用螺母鎖緊，這樣就將夾具緊固在工件上了：然后再將彈簧套7插入心軸1與右定位板6之間的間隙中，安裝壓板，擰緊心軸上的帶肩螺母9，將彈簧套壓入，彈簧套就可以起到自動(dòng)定心作用，而使心軸的軸線(xiàn)與工件的軸線(xiàn)保持一致，夾具就安裝完成了。零件加工好后先松開(kāi)帶肩螺母9，擰動(dòng)三個(gè)頂絲螺栓10(三個(gè)頂絲螺栓10位置均布，并與兩根拉桿4位置錯(cuò)開(kāi))，右定位板就可帶動(dòng)彈簧套7沿相反方向退出工件，夾具就可以方便的拆卸了。
3、砂輪選型
    選擇砂輪時(shí)，砂輪特性如磨料、粒度、硬度、結(jié)合劑、石墨填料和砂輪組織對(duì)磨削質(zhì)量都有影響，如果選擇不當(dāng)，就難以使工件達(dá)到預(yù)期的表面粗糙度。此外還應(yīng)盡可能提高砂輪的切削性能，控制好砂輪工作表面磨粒的微刃及其等高，并使其保持鋒利狀態(tài)。鑒于該零件的材料為45號(hào)鋼，為降低零件表面粗糙度，所選用的砂輪磨料的粒度要適中，硬度可以稍小一些。這是因?yàn)樘�硬的砂輪�?dāng)其已完全鈍化后，磨粒仍不能脫落，繼續(xù)磨削反而使粗糙度變大。實(shí)際應(yīng)用中，砂輪的選用以微晶剛玉或單晶剛玉、硬度為中級(jí)(K)、粒度為46號(hào)至60號(hào)為宜。此外，砂輪在使用前必須要經(jīng)過(guò)修整，使砂輪表面有良好的磨粒切刃和微刃的脫粒性及等高性，從而確保工件磨削的表面粗糙度要求。
4、加工設(shè)備
    為減小零件加工的形位誤差，設(shè)備的選擇非常重要。要求機(jī)床主軸要有較高的回轉(zhuǎn)精度，徑向跳動(dòng)不大于0.001mm，主軸剛度好，機(jī)床各部分不應(yīng)有振動(dòng)現(xiàn)象，因此最好選擇較新的機(jī)床。結(jié)合我公司的實(shí)際情況，設(shè)備選用MB1332B型普通外圓磨床。
5、磨削液及冷卻方式
    為降低切削熱，切削液可采用無(wú)油、無(wú)亞硝酸鈉的LPG-1高效磨削冷卻液該冷卻液是以高效極壓潤(rùn)滑劑為添加劑作為配方基礎(chǔ)，并從防銹、滲透、抗硬水性、清洗、消泡和殺菌等方面綜合考慮的，具有環(huán)保、清洗性好、去油率高、冷卻性好等優(yōu)點(diǎn)，能節(jié)約大量能源和降低砂輪消耗，提高磨削用量，并提高生產(chǎn)效率。
    使用磨削液時(shí)，應(yīng)采用從磨削區(qū)下部供給切削液的方法，這樣既可以使切削液很容易達(dá)到砂輪與工件接觸的磨削區(qū)，同時(shí)又能使砂輪在磨削工件之后得到及時(shí)的冷卻和清洗，從而延長(zhǎng)砂輪的使用壽命、保持砂輪的幾何形狀，并可以在磨削連續(xù)表面時(shí)，使工件保持較低的溫度，提高工件的形狀與位置精度。
6、磨削用量
    磨削時(shí)分為粗、精磨多道工序，這樣可以使粗磨時(shí)產(chǎn)生的變形能在精磨時(shí)得以消除。磨削時(shí)，磨削用量選擇應(yīng)合適，粗磨時(shí)，砂輪的線(xiàn)速度為15~20m/s，工件轉(zhuǎn)速為35~70r/min，工作臺(tái)移動(dòng)速度為0.03~0.05m/min；精磨時(shí)，砂輪的線(xiàn)速度為10~15m/s，工件轉(zhuǎn)速為50~80r/min，工作臺(tái)移動(dòng)速度為0.02~0.03m/min。
7、工件的裝夾
    1.頂尖 2.鋼球 3.芯軸 4.工件 5.鋼球 6.頂尖 
    由于選用的設(shè)備為普通外圓磨床，在采用兩頂尖裝夾上件時(shí)，兩頂尖、兩中心孔同軸度誤差將直接影響工件的加工精度，零件要求的加工質(zhì)量很難保證。因此，為消除因工件兩中心孔制造誤差及兩頂尖安裝誤差對(duì)工件圓度的影響，在裝夾工件時(shí)，可以采取如圖4所示方法選用兩個(gè)特殊頂尖套2,頂尖套材料選用GCr15鋼，車(chē)出外圓后磨削，中心孔使用60°特殊中心鉆鉆出，淬硬至60HRC，并用特殊內(nèi)圓砂輪磨出中心孔，再以中心孔定位磨出外圓，并研磨中心孔至表面粗糙度Ra0.4，壓入莫氏錐柄。然后將兩個(gè)特殊頂尖裝人外圓磨床頭尾架，選用直徑為1/2英寸的0級(jí)鋼球，并與圖2所示的專(zhuān)用夾具配合，通過(guò)使用夾頭和撥盤(pán)即可完成工件的裝夾(圖5)。用高精度鋼球代替錐形頂尖，可把面接觸改為線(xiàn)接觸，消除了中心孔精度對(duì)工件加工精度的影響，可以顯著提高工件的圓度。
8、磨削時(shí)的注意事項(xiàng)
    在精磨時(shí)，為減小夾緊力引起的工件變形，夾具的夾緊力應(yīng)比粗磨時(shí)小一些磨削后，為了防止工件生銹，工件應(yīng)做除水、消除雜質(zhì)及防銹處理。校正好砂輪的平衡。砂輪不平衡將引起振動(dòng)，會(huì)對(duì)零件的形位精度造成影響，因此在磨削工件前，必須校正好砂輪的動(dòng)、靜平衡，并進(jìn)行精細(xì)的修整。磨削工件前將工作臺(tái)和砂輪空運(yùn)轉(zhuǎn)20-30min，使機(jī)床工作性能穩(wěn)定。在空運(yùn)轉(zhuǎn)的同時(shí)，要把機(jī)床液壓缸中的空氣排凈Mli<安裝工件前，應(yīng)檢查兩頂尖與工件中心孔的配合情況，必須將兩頂尖和工件上的中心孔擦干凈。
9、應(yīng)用效果
    該工藝方案簡(jiǎn)單、實(shí)用，夾具設(shè)計(jì)合理，應(yīng)用方便，制造成本低，零件拆卸容易，通用性強(qiáng)，使用效果好，既可以有效確保工件加工質(zhì)量，又能夠提高工效，適于大直徑薄壁類(lèi)零件的批量生產(chǎn)。