切割機直線導軌安裝座的加工工藝研究

海燕，呂榮華，王春婷

(1.北京中電科電子裝備有限公司，北京100176 2.中國電子科技集團公司第四十五研究所，北京東燕郊101601)

切割機是一種封裝成品劃切分割的關鍵工藝設備，其工作機理是采用超薄金剛石刀片作為切割加工刃具，主軸帶動刀片高速旋轉通過強力磨削對集成電路基片及各種硬脆材料進行高精度切槽和分割[1]。切割機是集機械、電子、視覺、控制等各方面先進技術于一體的設備，這種設備用于電子元器件的精密劃切分割，要求設備精度高、性能穩定，其中直線導軌安裝座就是與其性能相關的重要零件之一。因此，本文將對這類典型零件的加工工藝進行研究。

2 直線導軌安裝座的性能分析和材料選擇

2.1 性能分析

精密工作臺的直線導軌安裝座用于安裝超精密級直線導軌，其導軌安裝面和定位面的形位公差精度要求高，在使用中平面度及平行度應該保證在微米數量級上，才能充分發揮超精密級直線導軌的精密導向作用，實現精密工作臺的運動平穩性。

切割機直線導軌安裝座如圖1、圖2和圖3所示，這類零件造型較復雜，要求加工后精度穩定，并且能夠吸收振動，長期使用后設備性能穩定。

圖1 直線導軌安裝座一

圖2 直線導軌安裝座二

圖3 直線導軌安裝座三

對于形狀較復雜的零件，在小批量生產中鑄造的加工方法是一種合理的選擇，不但可以減少加工量節約加工費用，而且可以縮短加工周期，更為重要的是可以實現復雜的造型。鑄造材料的選擇依據是零件的性能要求，鑄造材料既要考慮材料的強度，也要考慮材料的鑄造性能，而零件的結構設計要和鑄造工藝結合起來，才能夠充分發揮鑄造的優勢。

2.2 灰鑄鐵的機械性能[2]

HT250灰鑄鐵具有易成形、吸振、耐磨、對缺口的敏感性差等特點，而且價格較便宜，是機械行業多年來一直采用的基本金屬材料。由于熔煉和鑄造的影響，灰鑄鐵晶粒粗細不勻，雜質多．低牌號灰鑄鐵含雜質較多；較高牌號的灰鑄鐵則強度高，晶粒細密，雜質含量少，主要成分為 2.7%～3.5%C、1%～2.7%Si、0.5%～1.2%Mn、余量 Fe。

材料屬性：彈性模量E=138 GPa，切變模量G=59.8 GPa，泊松比 μ=0.156，密度 ρ=7.28 g/cm3，抗拉強度σb=250 MPa。

灰鑄鐵因其阻尼比值較鋼材高、韌性值低，故為脆性金屬材料，灰鑄鐵所占的石墨片或其他缺陷所產生的切口，易造成應力集中。

HT250灰鑄鐵具有較好的機械性能和鑄造性能。與低牌號灰鑄鐵（HT100、HT150）比較，HT250的強度和硬度較高，人工時效處理后容易加工，且切削性能好，在精加工前通過熱處理定性后，精度穩定。與高牌號灰口鑄鐵（HT300、HT350）比較，HT250的鑄造性能好，鑄造中不易出現鑄造缺陷。

2.3 灰鑄鐵的熱處理工藝

鑄件熱處理后不但可以獲得較好的切削加工性，更重要的是可以根據需要獲得較好的機械性能，消除切削應力，均化組織，在后期的使用中不會出現較大的由應力產生的變形。

鑄件完成后首先應退火，消除鑄造應力，細化組織，使成分均化。鑄件加熱至705～760℃后保溫，緩慢冷卻。

熱穩定化處理應放在粗加工之后，以便將鑄造應力和粗加工形成的切削應力消除；加工較大的平面和孔，在工序安排上應該放在熱穩定化處理之前完成。對于精度要求很高的鑄件，在半精加工之后應該做第二次穩定化處理。穩定化處理是把鑄件加熱至550～600℃后保溫2 h以上，緩慢冷卻。天然穩定化處理是把鑄件長時間（一般在1年以上）擱置在室外，可以使內應力消除。

為了獲得較高的硬度和強度，鑄件還可以進行正火處理，把鑄件加熱至890～930℃后保溫，緩慢冷卻[2]。

在生產過程中鑄造缺陷不可能完全避免，鑄造缺陷雖然可以通過粉末探傷、渦流探傷、X射線機等檢測，但是內部鑄造缺陷在沒有加工前不易發現，在加工過程中發現鑄造缺陷后需要通過焊接的補救措施來彌補，以避免較多的經濟損失。HT250灰鑄鐵具有這種特性，重要的工藝措施是采取合適的熱處理。當出現鑄造缺陷后，通過采用不同加熱溫度和保溫時間對HT250灰鑄鐵進行退火，在750℃加熱保溫1 h后，HT250灰鑄鐵在此時的鐵素體量最多并且硬度最低，經焊接補救后就不會出現裂紋，完全能滿足室溫焊接的要求[3]。

3 直線導軌安裝座的結構分析

下面以圖2所示的直線導軌安裝座為例，對這類零件的結構及加工工藝進行分析。圖2示的直線導軌安裝座的零件簡圖如圖4和圖5所示，外形尺寸為920 mm×240 mm×129 mm，重要尺寸和形位公差為導軌安裝面與下平面之間的高度123±0.05mm、導軌安裝面與軸承座安裝面之間的高度19±0.005 mm、導軌安裝面的平面度0.008 mm、導軌安裝面與下平面的平行度0.015 mm、軸承座安裝面與下平面的平行度0.012 mm、兩靠柵面平行度0.015 mm、兩靠柵面與導軌安裝面的垂直度0.015mm。該零件的加工難點為外形尺寸較狹長，在加工過程中容易扭曲變形。

圖4 直線導軌安裝座左視圖

圖5 直線導軌安裝座主視圖

4 直線導軌安裝座的加工工藝研究

4.1 工藝路線

考慮到直線導軌安裝座的性能要求及其關鍵的形位公差要求，所采取的加工工藝路線為：鑄造-退火-鉗（劃線）-粗刨-人工時效-精刨-粗磨-立加-人工時效-磨-鉗（刮研）-磨-涂油入庫。

4.2 工藝流程

整個零件的加工過程為：粗加工-半精加工-精加工的順序進行，中間穿插了2次熱處理，精加工階段采用了磨削和刮研兩種手段。通過粗加工將零件的大部分加工量去除，此加工過程產生熱量和加工應力，因此在加工過程中要注意切削三要素的選擇，盡量減小零件變形；為了進一步消除變形影響，保證零件的設計尺寸和形位公差要求，通過精加工減小變形，以達到圖紙的設計要求。

退火處理：零件首先進行退火的目的就是為了消除鑄造應力。以50～100℃/h的速度加熱至500～550℃，保溫3～5 h后，以20～50℃/h的速度冷卻至200℃后空冷。

人工時效：由于在粗加工過程中會產生加工應力，從而引起加工完成后放置一段時間應力釋放，使零件發生變形。剛剛加工完成時的尺寸精度和形位精度并不是最終的精度，因此在此工藝過程的粗加工和半精加工完成后，為了消除加工應力，應對零件進行人工時效處理。以低于100℃/h的速度加熱至500～550℃，保溫4～6 h后，再以20～30℃/h的速度爐冷卻至200℃后空冷。

磨削加工為精加工的一種手段，本零件的磨削采用電磁吸盤吸住零件，磨削前要修整砂輪，將臺面擦拭干凈，修整平臺面，在磨削過程中要注意切削速度和進給量，不斷翻面，反復翻轉磨削，每道工序內部要將粗、精加工分開，加工過程中要不斷修整砂輪，由于磨削過程會產生大量的熱量，因此在加工過程中要用冷卻液進行冷卻處理。

對于本直線導軌安裝座的加工：首先要將基準面進行磨削，提高精度，然后再以A面為基準，磨削其他的臺階、導軌面等，并且采用該工藝流程中安排的工藝，逐步達到圖紙的精度要求。由于本車間設備精度的局限性，最后采用刮研的方法達到平面度的要求，粗磨為刮研提供了一個良好的基礎。

刮研是在工件已加工的表面上，用刮刀刮除工件表面薄層而達到精度要求的一種加工方法，刮研是在標準工具的工作面上涂以顯示劑，與被刮工件兩者合研顯示（凸點），然后利用刮刀將高點金屬刮除。這種方法具有切削量小、切削力小、產生熱量小、加工方便和裝夾變形小等特點。通過刮研后的工件表面，能獲得很高的形位精度、尺寸精度、傳動精度及表面的粗糙度等。在本零件的鉗工刮研工序，是將A基準面進行刮研，使平面度達到0.008 mm，粗糙度Ra達到0.4。

最后，再以刮研的A面為基準，精磨兩處導軌面及凸臺面，嚴格按照磨削加工的操作要求，高速、小吃刀量進行磨削，以達到圖紙設計的各精度要求。

5 結 論

本文所采用的的工藝流程，通過對本零件多批次直線導軌安裝座的加工，零件的加工精度完全符合圖紙的要求，在設備的安裝、調試的過程中可以發現，直線導軌安裝座的加工精度也符合切割機設備的精度要求。另外，本文所采用的工藝流程也為其他類似的導軌安裝座的加工起到一定的借鑒作用。

[1]甄萬財.砂輪劃片機劃切技術的研究[J].電子工業專用設備，2004，（9）：68-71.

[2]成大先.機械設計手冊第4版第1卷[M].化學工業出版社，2002.

[3]王國凡等.HT250灰口鑄鐵的退火工藝和性能試驗[J].金屬熱處理，2004，（29）：9-12.

[4]陳宏鈞.實用機械加工工藝手冊[M].機械工業出版社，2003.