典型大直徑薄壁中間套零件磨削加工

    在拖式混凝土泵車中，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，如果不采取措施，常常會因為夾緊力、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，制訂了合理的加工工藝流程，設(shè)計了專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零件的加工質(zhì)量。
1、零件在磨削外圓時的變形分析
    根據(jù)零件的外形特點，采用錐度心軸裝夾時，工件在夾緊力的作用下，由于錐體的作用而產(chǎn)生的徑向分力會使工件變形。此外，由于在磨削時，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，必須通過設(shè)計專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 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，先用固定銷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定心作用，而使心軸的軸線與工件的軸線保持一致，夾具就安裝完成了。零件加工好后先松開帶肩螺母9，擰動三個頂絲螺栓10(三個頂絲螺栓10位置均布，并與兩根拉桿4位置錯開)，右定位板就可帶動彈簧套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，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磨削質(zhì)量都有影響，如果選擇不當(dāng)，就難以使工件達到預(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。這是因為太硬的砂輪當(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(K)、粒度為46號至60號為宜。此外，砂輪在使用前必須要經(jīng)過修整，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。要求機床主軸要有較高的回轉(zhuǎn)精度，徑向跳動不大于0.001mm，主軸剛度好，機床各部分不應(yīng)有振動現(xiàn)象，因此最好選擇較新的機床。結(jié)合我公司的實際情況，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，切削液可采用無油、無亞硝酸鈉的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，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，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到砂輪與工件接觸的磨削區(qū)，同時又能使砂輪在磨削工件之后得到及時的冷卻和清洗，從而延長砂輪的使用壽命、保持砂輪的幾何形狀，并可以在磨削連續(xù)表面時，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
    磨削時分為粗、精磨多道工序，這樣可以使粗磨時產(chǎn)生的變形能在精磨時得以消除。磨削時，磨削用量選擇應(yīng)合適，粗磨時，砂輪的線速度為15~20m/s，工件轉(zhuǎn)速為35~70r/min，工作臺移動速度為0.03~0.05m/min；精磨時，砂輪的線速度為10~15m/s，工件轉(zhuǎn)速為50~80r/min，工作臺移動速度為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，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工件圓度的影響，在裝夾工件時，可以采取如圖4所示方法選用兩個特殊頂尖套2,頂尖套材料選用GCr15鋼，車出外圓后磨削，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級鋼球，并與圖2所示的專用夾具配合，通過使用夾頭和撥盤即可完成工件的裝夾(圖5)。用高精度鋼球代替錐形頂尖，可把面接觸改為線接觸，消除了中心孔精度對工件加工精度的影響，可以顯著提高工件的圓度。
8、磨削時的注意事項
    在精磨時，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，會對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、靜平衡，并進行精細的修整。磨削工件前將工作臺和砂輪空運轉(zhuǎn)20-30min，使機床工作性能穩(wěn)定。在空運轉(zhuǎn)的同時，要把機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
    該工藝方案簡單、實用，夾具設(shè)計合理，應(yīng)用方便，制造成本低，零件拆卸容易，通用性強，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，適于大直徑薄壁類零件的批量生產(chǎn)。