機(jī)械社區(qū)

細(xì)長活塞桿零件，是工程汽車吊里伸縮臂上用的細(xì)長活塞桿，是一個關(guān)鍵零部件。由于它比較長，尺寸精度及表面質(zhì)量要求又高，加工的困難是相當(dāng)大的。作者經(jīng)過多年的摸索，試加工，無數(shù)次的失敗。終于摸索出加工該類產(chǎn)品的一整套完整、成熟工藝，供各位同行參考。

    一、問題的提出

    在車工工藝學(xué)里,當(dāng)工件長度和直徑之比大于25(L/D>25)就構(gòu)成了細(xì)長軸，而本文所述的活塞桿的長度和直徑之比遠(yuǎn)大于此數(shù)(L/D達(dá)到70多)，俗話說：“車工怕細(xì)和長”。由于細(xì)長軸本身剛性差，車削時因切削力、切削熱和振動等因素的影響，加工起來相當(dāng)困難，在車削中，會出現(xiàn)相當(dāng)多的麻煩：（1）工件受切削力、自重和旋轉(zhuǎn)時離心力的作用，容易產(chǎn)生彎曲、振動等情況，嚴(yán)重影響其圓度、圓柱度、尺寸精度以及表面粗糙度等。（2）在切削過程中，工件受熱伸長產(chǎn)生彎曲變形，易產(chǎn)生錐度、腰鼓形、麻花

    圖1（A）　活塞桿生產(chǎn)用圖

    形和竹節(jié)形等缺陷，使切削過程中出現(xiàn)很多不可預(yù)測的問題。所以車削細(xì)長軸時，看似簡單，但對刀具、機(jī)床精度、輔助工具和切削用量的選擇及對操作者的經(jīng)驗均有較高的要求。

    二、問題的分析

    加工如圖1的活塞桿，主要需要解決的問題是（1）￠70 dc3外圓尺寸精度和表面粗糙度。在粗車和半精車削時，由于工件剛性差，車削過程中易引起振動，使圓度和圓柱度超差，直接影響到精車的順利進(jìn)行，（2）刀具耐磨性不好時（如用高速鋼作寬刀刃時）車至3000—3500mm時，刀刃已顯磨鈍，使外圓尺寸變化過大，容易產(chǎn)生扎刀現(xiàn)象，表面粗糙度值達(dá)不到技術(shù)要求。從微觀上看，有凹坑和凸棱，使密封圈較快磨損，降低了使用壽命，直接影響到整機(jī)性能上承諾的平均無故障工作時間。所以要解決好上述問題，就必須解決好加工工藝問題，解決好刀具材料問題，解決好￠70dc3 的尺寸精度問題和￠70dc3外圓的表面質(zhì)量問題。

   三、問題的解決（加工工藝）

   在車床加工這樣的活塞桿。我主要采用了以下加工工藝。

    檢查：檢查毛坯尺寸，看是否符合毛坯尺寸要求。

    校直：這是非常重要的一道工序。它直接影響到加工過程的順利進(jìn)行及加工后的產(chǎn)品質(zhì)量(加工后活塞桿的直線度)。此工序在自制的校直機(jī)上進(jìn)行。要求在兩支點支承，毛坯在自由狀態(tài)下在全長的范圍內(nèi)圓跳動在1.5mm以下。

粗車：用四爪卡盤一頂一夾裝夾，夾持毛坯的外園上套上一個開口的￠5的鋼絲圈，這樣使毛坯與卡爪之間形成線接觸，起到萬向調(diào)節(jié)作用，以免裝夾時形成過定位的現(xiàn)象（如圖2）   。后頂針最好采用彈性頂針頂持，較正工件中間的過渡套，使其圓跳動0.3mm，上母線、側(cè)母線與導(dǎo)軌的平行度在0.30 mm內(nèi)　　　　　　　　　　　　　　　　　[url=]（見圖3示意圖）[/url]。車削時采用從床頭往床尾方向車削，這樣，軸向切削分力與正走刀相反，使工件切削時工件承受了軸向拉力，對減小振動和彎曲變形，克服細(xì)長軸加工時常出現(xiàn)的缺陷有好處。         
8 Y3 ]& \# n& G9 B# c' ?- `8 K, A: ~圖3過渡套的使用                        " N9 }9 k, u4 `: e5 k
跟刀架要采用三爪形式的跟刀架，以減少工件振動和變形，提高加工精度彌補因工件剛性不足所引起的種種弊端。支承爪的

材料以QT60-2球墨鑄鐵為宜，因為鑄鐵耐熱性、耐磨性好，又不會刮傷工件表面，且能吸收振動。不要用銅爪和鋼爪，因為銅爪易磨損，鋼爪易與工件 “咬死” ，支承爪與跟刀架支柱為過盈配合,不得有松動的現(xiàn)象，支承爪伸出長度應(yīng)小于與跟刀架內(nèi)孔配合長度的二分之一，支承爪與工件接觸面積應(yīng)超過80%，而且它的圓弧半徑應(yīng)與工件圓弧相一致,最好能按照下述方法進(jìn)行修磨：在靠近卡盤處將工件粗車一段,長度大于支承爪的軸向?qū)挾�，直徑與工件要求尺寸相同或稍大于工件成品尺寸0.1--0.2毫米，表面粗糙度值為Ra6.3以下,工件以300轉(zhuǎn)/分的速度旋轉(zhuǎn)，分別將三個支承爪逐步壓向工件表面進(jìn)行研磨,不允許用冷卻液沖掉研磨下來的粉末，在磨合2--3分鐘后再加機(jī)油進(jìn)行研磨，即可使用。使用時要重新調(diào)正支承爪，使其與工件輕輕貼合。跟刀架底面與拖板接觸面應(yīng)進(jìn)行研合，跟刀架應(yīng)裝在車刀后邊1.5--2毫米處，車刀軸向切入工件20--30毫米時,應(yīng)迅速先外側(cè)、后上側(cè)將支承爪與工件已加工表面接觸，切削過程中，因為機(jī)床導(dǎo)軌磨損不均會引起跟刀架上支承爪對工件的壓力變化，但外側(cè)支承爪不得任意調(diào)整。為了減少跟刀架與工件的摩擦，車削過程中，要自始至終澆注充分的冷卻潤滑液（乳化液）。車削時工件熱伸張比較嚴(yán)重，容易引起彎曲變形和振動。如果不是采用彈性頂針時，要隨時注意調(diào)整尾座頂尖的松緊程度，頂尖的松緊以手指捏住時即停止轉(zhuǎn)動,手指松開時頂尖即靈活轉(zhuǎn)動為宜。大約在走刀長度500毫米左右時就需要檢查一次，以防止工件由于產(chǎn)生軸向熱伸張引起的彎曲變形。尾座頂尖千萬不可頂死。                                                                               " p3 @; s* W3 F
   刀具的選擇：車削此細(xì)長活塞桿的￠70 dc3外圓時，選擇如圖4所示的主偏角為75°的左偏刀進(jìn)行粗車，車削細(xì)長軸時，對工件來說總希望盡量減少徑向力，但又希望保持一定的徑向切削力，將工件壓緊在跟刀架支承爪上。所以選擇主偏角為75°左偏刀較為合適，同時刀頭強(qiáng)度也較好。后角采用雙重后角，利于消振，而又不易崩刃。前角稍取大一些，約15°至20°，使切削輕快，減少切削力，減少切削變形。刃口處磨有0.1至0.2寬、0°至-5°的負(fù)倒棱，增加刀刃的強(qiáng)度，還修磨有0.2—0.3mm的過渡刃。前、后刀面要用油石研磨，盡可能降低表面粗糙度值,以利于提高刀具的耐用度。車刀刀片的牌號采用常見的YT15硬質(zhì)合金。切削用量的選擇為轉(zhuǎn)速n=300轉(zhuǎn)/分左右，不能過高，過高會產(chǎn)生振動等不良現(xiàn)象，轉(zhuǎn)速過低效率會低，沒效益。進(jìn)給量f=0.3--0.4mm/轉(zhuǎn)，切削深度ap=2mm。粗車時主要控制好外圓的形狀公差，形狀公差控制不好，對后工序加工將會造成非常不利的影響。

   半精車：采用的裝夾方法、切削方法和刀具與粗車基本一樣。切削用量方面，切削深度ap=1mm左右，留精車余量約為0.1至0.2mm左右。進(jìn)給量f=0.2--0.3mm/轉(zhuǎn)。關(guān)鍵要控制圓度、圓柱度要符合圖紙要求。表面粗糙度為Ra6.3。

                             圖4    75°車刀

    精車：精車首先要重新研磨跟刀架上的三個卡爪，采用跟刀架在前，刀具在后的切削形式，以便于測量尺寸，減小半精車時形狀誤差對精車的影響。采用寬刃刀車削。刀具形狀和角度如圖5所示。 寬刃刀刃口兩端各有一個8°的角度并與主切削刃用R10園弧聯(lián)接，起到切入工件時有一個緩沖和防止刀具兩端尖角扎入工件的作用。前角取25°至30°的較大前角，后角取5°到8°使刀具鋒利。前、后刀面要用油石研磨，盡可能降低表面粗糙度值,以利于提高刀具的耐用度和降低表面粗糙度。刀具材料采用硬質(zhì)合金YG6或YG8，選用的理由是因為該合金有較好的硬度、韌性和耐磨性（相對于高速鋼），而且容易磨得鋒利。不容易產(chǎn)生崩刃現(xiàn)象。如果采用高速鋼刀具，耐磨性不夠好。車至3000mm左右時因刀具磨損而產(chǎn)生尺寸變化。采用YT15刃口容易產(chǎn)生崩刃現(xiàn)象（微觀狀態(tài)下觀察）。切削用量的選擇是：切削速度n=8－12轉(zhuǎn)/分。進(jìn)給量f=10－15mm/轉(zhuǎn)。要控制好切削深度，使尺寸符合￠70-0.076-0.03的公差范圍之內(nèi)，表面粗糙度Ra1.6－0.8。

                    圖5  寬刃刀

　  滾壓：在車床上應(yīng)用滾壓工具在工件表面作相對滾動，并施加一定壓力。強(qiáng)行滾壓。使金屬表層產(chǎn)生朔性變形。修整工件表面的微觀幾何形狀。降低表面粗糙度，提高工件表面硬度、耐磨性和抗疲勞強(qiáng)度。是一種經(jīng)濟(jì)的、較易獲得較低表面粗糙度值的一種加工方法。本人在加工這種活塞桿時。由于無法用外圓磨床進(jìn)行加工，所以表面的最后光整加工采用了滾壓加工方法。由于工件是細(xì)長桿，工件剛度較小，故采用鏡博士外徑型滾壓刀的方式滾壓，這樣可使?jié)L壓力相互低消，工件不受到勁向力的影響。滾壓工具見圖6。    在滾壓加工過程中要注意考慮以下幾個問題：滾壓力、滾壓過盈量、

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圖6　單個滾壓工具

進(jìn)給量、滾壓次數(shù)、滾壓速度、工件的原始條件和切削液等。

圖8　三點滾壓示意圖　　

   滾壓力F

    滾壓力是滾壓過程中最重要的工藝參數(shù)，它是滾壓加工時滾壓工具對工件的壓力。但在滾壓過程中，起決定作用的不是滾壓力的總值，而是滾力和與滾壓工具和工件之間實際接觸面積A的比值，即單位滾壓力P。

    P=F/A　

    P的大小直接關(guān)系到工件表面的變形程度，因而影響壓光后的表面粗糙度和冷硬程度。合理確定滾壓力是比較復(fù)雜的，因為滾壓力與各種滾壓參數(shù)都有關(guān)系。一般來說，工件材料的硬度越高，原始表面粗糙度越高，滾壓元件工作型面曲率半徑越大，進(jìn)給量越大，滾壓力也相應(yīng)增大。這也是本人在細(xì)長軸滾壓時采用鋼球式滾壓而不采用滾輪或滾柱滾壓的依據(jù)之一。同時，滾壓力的確定還要受工件的尺寸、結(jié)構(gòu)、以及工藝系統(tǒng)剛性等條件的限制。由于金屬組織的不均勻性和塑性變形的不均勻性，以及工件表面微觀不平的差別，按理論計算的滾壓力與實際有一定出入。我采用的辦法是用試驗方法來確定滾壓力。比較直觀的辦法是用調(diào)節(jié)滾壓過盈量來控制滾壓力的大小。

    滾壓過盈量i

    工件外圓滾壓過盈量的一半是滾壓元件壓入工件表面的深度。ī是由兩部分組成的，i/2=e/δ。

   式中e-------工件被滾壓表面半徑方向上的彈性變形量（mm）；

   δ——工件的塑性變形量（mm）

    e和δ的大小均與材料的性能有關(guān)。在實際滾壓加工時，一般不用計算方法，而用行程試驗法，即利用工件的一小段或?qū)ｉT的試驗用工件，逐漸加大滾壓力進(jìn)行3－5次試驗，隨時檢查滾壓質(zhì)量，合理選擇滾壓過盈量。

    進(jìn)給量f

    進(jìn)給量也是關(guān)系滾壓質(zhì)量的重要工藝參數(shù)。一般應(yīng)根據(jù)工件材料、形狀，滾壓元件和工件技術(shù)要求而確定。進(jìn)給量f過大工件表面粗糙度高（尤其是采用鋼球滾壓時）�！�F過小，工件表面內(nèi)重復(fù)滾壓，容易產(chǎn)生疲勞裂紋，也會降低滾壓質(zhì)量，一般采用f=0.1—0.25mm/轉(zhuǎn)，滾壓次數(shù)以1－2次為宜。

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