彈性開(kāi)口套零件的加工工藝改進(jìn)

沈機(jī)集團(tuán)昆明機(jī)床股份有限公司 （云南 650203） 寧秀月 朱寶明 郭漢德 吳海艦

大型精密數(shù)控機(jī)床的主軸由銑軸和鏜軸組成。銑軸由于外圓和長(zhǎng)度尺寸較大，外圓上又有很多傳遞運(yùn)動(dòng)的鍵槽，整體淬火很難保證其內(nèi)孔的硬度和整體的高精度要求，所以采用了在銑軸內(nèi)孔前后端鑲襯套，襯套整體淬硬的解決方法。

襯套屬于高精度薄壁零件，為了保證其加工精度，設(shè)計(jì)了專用彈性芯子用于半精磨和精磨工序加工，如圖1所示。襯套以內(nèi)孔和端面定位，擰緊壓緊螺母3，使開(kāi)口套2變形脹大夾緊工件；擰緊圓螺母5，壓緊襯套7。開(kāi)口套是彈性芯子的關(guān)鍵零件，為了實(shí)現(xiàn)彈性功能，采取外圓開(kāi)槽的結(jié)構(gòu)。該零件在淬火時(shí)易開(kāi)裂，通過(guò)不斷改進(jìn)加工工藝，使開(kāi)口套的加工問(wèn)題得以解決。

圖1 彈性芯子

1.開(kāi)口套的加工工藝及加工難點(diǎn)分析

（1）材料分析 開(kāi)口套要求具有彈性，所以其材料采用彈簧鋼65Mn，淬火45～50HRC。65Mn材料的性能及特點(diǎn)：強(qiáng)度高，淬透性和綜合力學(xué)性能較好，脫碳傾向小，但有過(guò)熱敏感性及回火脆性，易出現(xiàn)淬火裂紋。

（2）結(jié)構(gòu)圖樣分析 圖2為開(kāi)口套加工圖，其加工內(nèi)容并不復(fù)雜，關(guān)鍵在于如何滿足精度要求及解決淬火易開(kāi)裂的問(wèn)題。

圖2

主要技術(shù)要求如下 ：

外圓直徑199.2h6，對(duì)錐孔中心線跳動(dòng)在0.01 mm內(nèi)；1∶20內(nèi)錐孔大頭直徑158.4mm，內(nèi)錐孔與芯子接觸不小于85%；長(zhǎng)度299mm，兩端面對(duì)1:20錐孔中心線垂直在0.01mm內(nèi)；外圓上有4條6mm寬、槽底壁厚3mm的槽，有一條6mm寬的開(kāi)口通槽。

傳統(tǒng)的加工工藝流程為：鍛→退火→粗車→精車→銑端面鍵及外圓槽→淬火→平磨兩端面→粗磨外圓→粗磨內(nèi)孔→定性→精磨內(nèi)孔→精磨外圓→線切割切開(kāi)口通槽→精磨外圓→檢驗(yàn)。

（3）存在的問(wèn)題 淬火之前在外圓上銑4～6mm開(kāi)口槽（槽底留壁厚3mm）及6mm通槽，是為了淬火時(shí)更好地消除車削和銑削加工應(yīng)力。但開(kāi)槽后導(dǎo)致壁厚懸殊太大，槽底尖角處會(huì)出現(xiàn)應(yīng)力集中，往往導(dǎo)致出現(xiàn)淬火裂紋；且在淬火冷卻時(shí)，由于冷卻不均勻造成較大的變形，影響后工序加工余量，淬火后合格率僅為30%，且精度不穩(wěn)定，增加了制造成本。

2.工藝改進(jìn)

（1）第一次工藝改進(jìn) 工序順序。為了提高淬火合格率，第5工序只銑大端面鍵槽，外圓上的槽改到第13工序加工，即精磨內(nèi)孔和外圓之后，再進(jìn)行線切割切槽（4條6mm寬、槽底壁厚3mm的槽及6mm通槽）。由于切槽的加工應(yīng)力無(wú)法消除，切槽之后，內(nèi)錐孔和外圓變大0.8mm，導(dǎo)致開(kāi)口套直接報(bào)廢。

（2）第二次工藝改進(jìn) 改進(jìn)零件結(jié)構(gòu)，合理安排熱處理工序。為了避免淬火時(shí)開(kāi)裂，把第5工序外圓銑槽調(diào)整到第6工序淬火后。淬火采用在脫氧較好的鹽爐中加熱，避免加熱時(shí)出現(xiàn)脫碳現(xiàn)象，淬火后在第7工序線切割加工5～6mm寬槽。槽底尖角是應(yīng)力最為集中的地方，切槽時(shí)在槽底留一個(gè)R1mm的圓弧以減小應(yīng)力集中；切槽后增加一道熱處理工序回火（8工序），以消除切槽時(shí)產(chǎn)生的加工應(yīng)力，這樣就徹底解決了淬火開(kāi)裂和切槽后變形的問(wèn)題，見(jiàn)圖5。

（3）第三次工藝改進(jìn) 加工設(shè)備方面：傳統(tǒng)工藝的粗車和精車是在臥式車床上加工，由于開(kāi)口套長(zhǎng)299mm，又不能調(diào)頭加工，車1:20內(nèi)錐孔時(shí)靠手動(dòng)進(jìn)給，后工序的加工余量只能靠經(jīng)驗(yàn)來(lái)保證，帶來(lái)加工上的困難。改進(jìn)后在數(shù)控車上進(jìn)行粗車和精車加工，很容易控制后工序的加工余量。

加工設(shè)備和工序順序：傳統(tǒng)工藝采用先磨外圓后磨內(nèi)錐孔的工序，而設(shè)計(jì)基準(zhǔn)是內(nèi)錐孔中心線，工藝基準(zhǔn)與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)不重合，加工時(shí)存在基準(zhǔn)不重合誤差，且粗磨、精磨都在普通磨床上加工，影響加工精度。為了提高加工精度，改進(jìn)后采用先磨內(nèi)錐孔再磨外圓的加工方式，粗磨在普通內(nèi)磨和外磨上加工，精磨在瑞士?jī)?nèi)圓磨和瑞士外圓磨上加工，且嚴(yán)格控制磨削余量，達(dá)到粗磨和精磨分開(kāi)的目的。粗磨內(nèi)錐孔時(shí)夾小頭外圓，校正大頭端面和內(nèi)錐孔跳動(dòng)在0.02mm內(nèi)，與芯子1配磨，接觸不小于80%，軸向放余量3mm；粗磨外圓時(shí)，上芯子1，校正芯子跳動(dòng)在0.02mm內(nèi)，頂磨外圓φ199.2h6為φ199.35mm。粗磨后油煮24h定性，消除磨削加工應(yīng)力。精磨內(nèi)錐孔時(shí)，夾小頭外圓，校正內(nèi)錐孔在0.01mm內(nèi)，帶大頭端面，與芯子1配磨，接觸不小于85%，嚴(yán)格控制大頭尺寸φ158.4 mm為下差（精磨之后線切割切開(kāi)開(kāi)口通槽的3mm壁厚，開(kāi)槽之后內(nèi)錐孔有微小變形，但仍然在公差范圍之內(nèi)）。精磨外圓時(shí)，上芯子1，校正芯子跳動(dòng)在0.01mm內(nèi)，頂磨外圓φ199.2h6至尺寸及要求。

增加工序：增加一道第15道工序精磨端面。在瑞士平磨上加工，吸大端面，磨小端面與大端面平行在0.01mm內(nèi)；然后在第16工序線切割上切開(kāi)6mm開(kāi)口通槽的3mm壁厚，修槽底毛刺；再增加一道17工序定性（油煮24h，提高精度穩(wěn)定性）；再上芯子1，在瑞士外磨上精磨φ199.2h6至尺寸及要求，消除切槽后外圓變形量，最后按圖樣要求檢驗(yàn)。

工裝方面：傳統(tǒng)工藝粗磨內(nèi)錐孔時(shí)，采用普通磨桿加工，由于孔深，磨桿伸出過(guò)長(zhǎng)容易變形。改進(jìn)后設(shè)計(jì)了專用磨桿，提高了磨桿的強(qiáng)度及剛性，提高了磨削質(zhì)量。

刀具方面：傳統(tǒng)工藝車削內(nèi)孔時(shí)，采用YT15硬質(zhì)合金焊接車刀。加工時(shí)由于鋼料金屬塑性變形大，摩擦強(qiáng)烈，切削溫度高，刀具磨損加劇，工件容易變形，影響后工序的加工，且切削應(yīng)力大，淬火時(shí)開(kāi)口套容易開(kāi)裂及變形。為了減少摩擦及切削阻力，針對(duì)開(kāi)口套的材料特性及加工要求，改進(jìn)后采用山特維克可樂(lè)滿刀體和涂層刀片，較好地解決了刀具強(qiáng)度、韌性同硬度、耐磨性之間的矛盾，具有較好的切削性能，降低了切削力，改善了加工表面質(zhì)量。

改進(jìn)后的加工工藝流程如下：鍛→退火→粗車→精車→銑端面鍵→淬火→線切割外圓槽→回火→平磨兩端面→粗磨內(nèi)孔→粗磨外圓→定性→精磨內(nèi)孔帶大端面→精磨外圓→精磨小端面→線切割切開(kāi)口通槽→定性→精磨外圓→檢驗(yàn)。

3.結(jié)語(yǔ)

通過(guò)工藝順序的變換及增減、熱處理工序的合理安排、優(yōu)化配置加工設(shè)備、專用磨桿的設(shè)計(jì)應(yīng)用、刀具的合理選擇等多方面的工藝改進(jìn)，解決了高精度彈性開(kāi)口套零件的加工問(wèn)題，保證了開(kāi)口套的高加工精度，從而保障了銑軸襯套的高精度加工要求，保障了機(jī)床關(guān)鍵核心零件（銑軸）的生產(chǎn)制造，為機(jī)床的高精度使用性能奠定了基礎(chǔ)。

通過(guò)研究彈性開(kāi)口套零件的加工工藝，為該類零件的加工制造提供了一種切實(shí)可行的參考。