細(xì)長(zhǎng)軸磨削加工工藝

■中航工業(yè)金城南京機(jī)電液壓工程研究中心十三分廠 （江蘇 211106） 唐玉潔

細(xì)長(zhǎng)軸磨削加工工藝

■中航工業(yè)金城南京機(jī)電液壓工程研究中心十三分廠 （江蘇 211106） 唐玉潔

摘要：分析細(xì)長(zhǎng)軸零件磨削加工中出現(xiàn)的問(wèn)題及其加工工藝方案，從控制零件變形、定位基準(zhǔn)修復(fù)、檢查調(diào)整機(jī)床、砂輪及磨削參數(shù)選擇等方面闡述了細(xì)長(zhǎng)軸零件加工問(wèn)題的具體解決方法和提高零件加工質(zhì)量的措施，保證了零件的加工精度，提高了零件的加工質(zhì)量。

細(xì)長(zhǎng)軸是指長(zhǎng)度與直徑之比L/D≥20的軸類零件。這類零件在航空產(chǎn)品中應(yīng)用廣泛，零件的加工質(zhì)量直接影響到整臺(tái)產(chǎn)品的性能。該類零件剛性差，加工時(shí)易出現(xiàn)彎曲、錐度、橢圓等質(zhì)量問(wèn)題?，F(xiàn)以我分廠加工的軸為例，介紹細(xì)長(zhǎng)軸零件的磨削加工工藝以及提高其加工質(zhì)量的一些措施。

1. 零件工藝性分析

我分廠加工的某產(chǎn)品零件軸的結(jié)構(gòu)形式如圖1所示，零件各配合表面尺寸精度、形位公差精度要求高，表面粗糙度值Ra=0.4mm。要滿足零件技術(shù)要求，只有采取磨削加工。

零件材料為3Cr13馬氏體不銹鋼，這種材料韌性大、導(dǎo)熱性差，其伸長(zhǎng)率、斷面收縮率比一般的碳鋼、合金鋼高。因此，不銹鋼細(xì)長(zhǎng)軸零件的磨削加工具有以下特點(diǎn)與困難：

（1）磨削細(xì)長(zhǎng)軸時(shí)，由于其剛性差，產(chǎn)生的徑向切削力和工件自重會(huì)使工件彎曲，磨出的工件呈現(xiàn)腰鼓形狀。同時(shí)，磨削時(shí)易產(chǎn)生振動(dòng)，出現(xiàn)縱向振痕，影響加工精度和質(zhì)量。

（2）不銹鋼的膨脹系數(shù)大，在磨削熱的作用下，工件尺寸不易控制，會(huì)在圓周方向產(chǎn)生較大的變形，而且變形量是不均勻的。工件的形位公差很難達(dá)到要求。

（3）磨削不銹鋼時(shí)的塑性變

形力和磨削力均大，產(chǎn)生大量的磨削熱，而不銹鋼低的熱導(dǎo)率使磨削區(qū)的熱量不易傳出，造成磨削溫度可高達(dá)1 000～1 500℃。高溫使工件表面容易發(fā)生磨削燒傷、退火等現(xiàn)象，并形成較大的殘余拉應(yīng)力，甚至產(chǎn)生裂紋。

（4）工件在低表面粗糙度值精密磨削時(shí)，會(huì)存在表面劃傷這種缺陷。主要是由于砂輪工作表面上有突出的磨粒、掉在砂輪與工件間的脫落磨粒碎屑，或磨削液中混有磨粒碎屑等雜物，以及磨削液沖刷能力不足而造成的。

圖1

2. 零件加工工藝方案

根據(jù)工藝性分析，零件的加工以兩端中心孔為定位基準(zhǔn)，采用對(duì)頂磨削的方法保證零件技術(shù)要求。由于該零件剛性差，加工中易產(chǎn)生變形，所以在粗加工后安排時(shí)效工序，盡量消除切削力、夾緊力產(chǎn)生的應(yīng)力和零件本身的殘余應(yīng)力，避免磨削時(shí)由于內(nèi)應(yīng)力的影響而使工件產(chǎn)生變形。

工藝流程為：粗車→預(yù)熱處理→車加工（各面留磨削余量0.6mm）→銑兩端六方→淬火、冰冷處理→研中心孔→粗磨（各面留磨削余量0.2mm）→時(shí)效處理→探傷→研中心孔→半精磨（各面留磨削余量0.1mm）→數(shù)控車加工（兩處R面）→表面處理→研中心孔→精磨→檢驗(yàn)。

3. 磨削前的準(zhǔn)備工作

（1）校直：磨削前，工件的彎曲度應(yīng)控制在0.1mm以內(nèi)，否則，須進(jìn)行校直。工件的校直方法有冷校直和熱校直兩種。冷校直后工件有內(nèi)應(yīng)力，后續(xù)加工中易發(fā)生變形；熱校直后工件內(nèi)部組織穩(wěn)定，后續(xù)加工不易變形。因此，采用熱校直比較理想。工件加熱時(shí)一定要垂直吊掛，且緩慢加熱，這樣可防止因加熱過(guò)快產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力而引起翹曲。

（2）中心孔：中心孔是磨外圓時(shí)的定位基準(zhǔn)，它的精度直接影響加工質(zhì)量，而熱處理后零件的中心孔會(huì)產(chǎn)生變形。中心孔必須進(jìn)行修研，不得有毛刺、碰傷等缺陷，表面粗糙度值Ra=0.2mm。用標(biāo)準(zhǔn)頂尖涂色檢查接觸面大于80%且有一連續(xù)不間斷圓周，同時(shí)要求兩中心孔在同一軸線上，圓跳動(dòng)控制在0.001mm以內(nèi)，采用高精度硬質(zhì)合金頂尖。這樣工件受力均勻，不易發(fā)生加工變形。

（3）調(diào)整機(jī)床：調(diào)整機(jī)床消除振源，精細(xì)平衡砂輪，隔離外來(lái)振源，以消除外界的強(qiáng)迫振動(dòng)對(duì)細(xì)長(zhǎng)軸的不利影響。

調(diào)整工件的預(yù)緊力，頭架與尾架的距離決定了工件安裝時(shí)的頂緊力。頂緊力過(guò)小，工件易產(chǎn)生軸向竄動(dòng)，過(guò)大易使工件產(chǎn)生彎曲變形，可使彈簧頂尖壓縮1～2mm為佳。撥盤和雞心夾頭等用雙爪撥盤和雙爪雞心夾頭，使工件旋轉(zhuǎn)時(shí)的傳動(dòng)力較為平衡，從而避免了單爪傳動(dòng)造成工件的圓柱度誤差。

（4）檢查工作：檢查磨床的頭架與尾架的等高精度，由于頭架與尾架的作用是支撐工件，所以要求兩者必須等高，否則加工的工件易出現(xiàn)圓柱度誤差。

在磨床上用兩頂尖頂住工件，用百分表對(duì)工件的全長(zhǎng)作徑向跳動(dòng)檢查，特別對(duì)中間彎曲度最大的地方，觀察其跳動(dòng)量方向是否一致，然后再用千分尺檢查工件的磨削余量和各項(xiàng)尺寸，以便在磨削過(guò)程中隨時(shí)了解磨削情況。

4. 提高零件加工質(zhì)量的措施

為了提高零件加工質(zhì)量，可采取以下措施：

（1）砂輪的選擇：我分廠在哈挺U600外圓磨床上磨削該工件。磨料選用具有較好切削性能和自銳性的陶瓷結(jié)合劑白剛玉砂輪；磨削不銹鋼工件，選用中等粒度號(hào)60#的砂輪；為使砂輪具有良好的自銳性，砂輪硬度為中軟1；為避免磨削時(shí)砂輪堵塞，砂輪組織選較為疏松的5～8號(hào)；砂輪與工件的接觸面過(guò)大，磨削過(guò)程

中會(huì)使磨削徑向力增加，導(dǎo)致工件彎曲變形，因此，砂輪的形狀如圖2所示，中間是凹形。凹形砂輪不但可以減少砂輪與工件的接觸面積，且砂輪整體寬度不變，可減少細(xì)長(zhǎng)軸在旋轉(zhuǎn)中產(chǎn)生自激振動(dòng)。

（2）切削用量的選擇：從附表中可以看出細(xì)長(zhǎng)軸磨削的幾個(gè)特點(diǎn)。①修整砂輪的進(jìn)給速度v1、切深ap均比一般磨削大，可使砂輪的表面比較粗糙，以增強(qiáng)切削性能。②磨削時(shí)工件的轉(zhuǎn)速較低，精磨時(shí)更低，是為了減少細(xì)長(zhǎng)軸因旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的振動(dòng)。而走刀量較大，以便將一部分切向力轉(zhuǎn)化為軸向力，減少?gòu)较蛄?。③磨削切深t用雙行程來(lái)達(dá)到。因工件轉(zhuǎn)速低，工件表面與砂輪表面在單位時(shí)間內(nèi)和單位面積上的接觸就相應(yīng)減少，可用往復(fù)次數(shù)來(lái)彌補(bǔ)。

（3）合理修整砂輪：鈍化的砂輪磨削時(shí)徑向力增大，易使工件產(chǎn)生彎曲變形，故需經(jīng)常修整砂輪，使砂輪經(jīng)常保持鋒利和正確的幾何形狀，以減少?gòu)较蚍至Α?/p>

（4）注意充分冷卻：工件磨削過(guò)程中必須充分冷卻，以帶走大量的磨削熱和進(jìn)行沖刷，防止砂輪堵塞和工件表面燒傷。磨削液必須清潔，不能混入磨屑或磨粒，以免拉毛工件表面。并且需要停止砂輪時(shí)，應(yīng)先關(guān)掉磨削液后再停止砂輪，使積存在砂輪內(nèi)部的磨削液甩出，避免砂輪因積水而造成不平衡,從而導(dǎo)致工件表面出現(xiàn)直波紋。

（5）減少工件裝夾時(shí)間：應(yīng)盡量減少工件裝夾在兩頂尖上的時(shí)間，從而減少工件因自重產(chǎn)生的彎曲變形，完成磨削后，應(yīng)垂直吊掛放置。

圖2

5. 結(jié)語(yǔ)

采用以上加工工藝方法及措施，我分廠加工出的零件達(dá)到了精度要求。在細(xì)長(zhǎng)軸的磨削加工中，首先要安排合理的加工工藝過(guò)程；其次，在磨削細(xì)長(zhǎng)軸時(shí)要調(diào)整好機(jī)床設(shè)備，做好磨削前的準(zhǔn)備工作，選用合理的砂輪形狀及特性，及時(shí)正確地修整砂輪，再合理地選擇磨削參數(shù)，可以保證零件的技術(shù)要求。

切削用量的合理選擇表

參考文獻(xiàn)：

[1] 鄭文虎. 難切削材料加工技術(shù)問(wèn)題[M]. 北京：北京出版社，2001.

[2] 李伯民. 實(shí)用磨削技術(shù)[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1996.

[3] 李洪. 機(jī)械加工工藝手冊(cè)[M]. 北京：北京出版社，1990.

專家點(diǎn)評(píng)

該文分析了細(xì)長(zhǎng)軸零件磨削的加工難點(diǎn)及工藝過(guò)程，給出了提高零件加工質(zhì)量的措施。文章的優(yōu)點(diǎn)在于合理安排工藝過(guò)程并注重加工細(xì)節(jié)，工件校直、頂尖孔研磨及機(jī)床調(diào)整等一些容易疏忽的環(huán)節(jié)都做了細(xì)致入微的準(zhǔn)備工作，后面的磨削過(guò)程也分析得很具體，尤其是砂輪修正和切削用量的選擇，最終保證了零件的技術(shù)要求。

收稿日期：（20141028）