某零件加工工藝設計與分析

摘要：本文對某零件的加工工藝進行了簡要分析。

關鍵詞：零件加工 工藝分析

1 零件的結構工藝性分析

零件的結構工藝性是指設計的零件的外形結構在能滿足使用的前提下制造的可行性和經濟性。

1.1 零件圖紙的工藝分析

本文設計的零件圖紙如下所示。

1.2 零件的結構分析

由圖可知，這個零件是由圓柱面、六角面、階梯長孔、小孔、螺紋和帶兩個空間方向錐槽等部分組成，集細長、深孔、薄壁三種結構特點于一身。零件的表面粗糙度、尺寸精度和形位公差要求都很高，加工難度大，外圓極易彎曲、變形；超長的內孔也很難保證尺寸和軸向跳動。

2 零件加工和技術要求分析

2.1 該零件的重要和難加工的尺寸有：①外圓：φ19.50-0.05mm長度560.3mm的圓柱段，直線度0.05；寬5.3+0.10 mm的三個錐形槽，雙錐度1度零8分±1分和30度；φ4+0.0120mm的3個孔；表面粗糙度都為Ra=1.6um。②內孔：M16×1.5螺紋，φ14.4+0.30mm孔，φ14+0.0270mm的孔對軸線軸向跳動0.1mm，φ14.5+0.0180mm孔，后兩個尺寸表面粗糙度值都為Ra=1.6um。③薄壁、細長桿和長階梯孔：最薄處不足2.5mm并且有同軸度要求，φ19.5外圓和φ14孔總長607mm④零件要求整體硬度HRC34—38。通過分析圖紙可知，該零件最難加工和保證的是尺寸精度、表面粗糙度、外圓的直線度和軸向跳動高。

2.2 為了滿足設計要求，提高加工質量，我們采用如下加工方案：①將該零件加工劃分為“粗加工——半精加工—精加工”三大加工階段。粗加工粗車外圓、鉆通底孔，半精加工精車外圓并進行擴孔加工，精加工將外圓、內孔加工到位。②對于外圓φ19.50-0.05mm和內孔φ14+0.0270mm的加工，分粗、半精、精加工三個階段加工，精加工安排在熱處理之后，裝夾完后一次成型；熱處理完后將工件校直到直線度0.2mm以下裝夾完后一次磨成，保證直線度0.05mm的精度，粗、精加工都要安裝中心架，提高零件剛性，減少彎曲變形。③針對寬5.3+0.10mm帶兩個空間錐度1度零8分±1分和30度錐形槽的加工，采用X52K銑床、圓盤和分度頭配合使用，將分度頭放在圓盤上加工的方法完成，熱處理完后再拋光的方法。④針對深孔、薄壁加工問題。采用手動進刀，φ12、φ14.1的深孔鉆先鉆、后擴、再磨削的加工方法。鉆孔是主軸轉速選的250—300r/min，進刀速度以鐵屑正常不變色為準，因為9CrSi材料作為工具鋼硬度偏高速度過快，一是會加劇刀具磨損，二是積累熱急劇上升引起薄壁零件變形。另外加工中要注意排屑和冷卻，并且安裝跟刀架，減少彎曲變形。

選擇以上措施可保證尺寸、形狀、精度和表面粗糙度。

3零件材料的分析

3.1 零件的用途及對材料特性的要求：該零件是發動機主油管漲緊工具的導向套，在使用過程中寬5.3+0.10mm的三個錐形槽將承受著很大的擠壓力，這就要求所選的材料既要有一定的強度，又要有一定的韌性，耐磨性又高，使工具在工作中能夠承受負荷、沖擊、震動和彎曲等復雜的應力，壽命又長，以保證工具的長期正常使用。

3.2 零件的結構和技術要求對材料特性的要求。該零件是集細長、深孔、薄壁三種結構特點于一身的零件，并且要求熱處理HRC34—38。這就要求材料要有一定原始材料硬度，作為細長軸加工使，能提供較好的剛性；要求有良好的加工性、工藝性，加工過程中利于切削，減少零件變形和加工難度；要求有較高的淬透性和較小的熱變形性，熱處理完后內外硬度相當，作為細長、深孔、薄壁的零部件熱變形性當然越小越好。

3.3 9CrSi合金工具鋼，主要化學成分含量：C0.85-0.95%，Si 1.20-1.60%，Mn0.30-0.60%，Cr0.95-1.25%，S、P小于或等于0.03%，特性：良好的加工性和工藝性能、淬火溫度范圍寬，較小熱處理變形性尺寸和外形都很穩定、具有較高的淬透性和淬硬性、良好的耐磨性，在承受相當大的壓力和摩擦力的條件下，仍能保持其形狀和尺寸不變，正好符合以上要求和特性。主要用在制造形狀復雜、變形小、耐磨性要求高的低速切削刃具，如鉆頭、螺紋工具等；也可以作冷作模具，制造冷軋輥、矯正輥以及細長桿件。

4 加工設備的選擇

所有的圓柱面、孔和螺紋選用CA6140車床加工，對于表面粗糙度Ra=1.6um，尺寸精度0.06mm以下的圓柱面和孔選用選用外圓磨床MQ1350A和內圓磨床M2120加工；對于φ4+0.0120mm的孔選用Z3040加工；對于寬5.3+0.10mm錐槽選用X52K銑床加工。

5 確定零件的定位與加緊方案

軸類零件在加工過程中選擇定位基準時，應遵循基準重合、基準統一和互為基準等重要原則，并能在一次裝夾中盡可能加工出較多的表面。

該零件的設計基準是中心線，根據基準重合的原則，考慮應選擇兩端的中心孔或一端外圓一端中心孔作為精基準面。為了保證外圓和內孔的同軸度，應按互為基準的原則選擇基準面。粗加工階段：先車出一端外圓和中心孔，然后以車出外圓定位加工另一端中心孔，再以車出外圓和中心孔定位粗車全部外圓；半精加工階段：以粗車外圓和中心孔定位加工孔，然后以孔為定位基準精車外圓，再以精車外圓定位擴孔；精加工階段：熱處理完后，先以外圓定位研磨兩60°錐面，再以兩60°錐面定位磨外圓，然后再以外圓定位磨內孔。定位基準每轉換一次，都使零件的加工精度提高一步。

6 零件的主要表面加工工序安排

該零件主要表面的加工順序安排如下：

粗車全部外圓（以外圓和頂尖孔定位）→鉆通孔、擴孔、車60°錐面（以外圓表面定位）→精車外圓（以外圓和60°錐面定位）→擴另一端孔（以精車外圓定位）→研磨60°錐面（以精車外圓定位）→磨外圓（以研磨后的60°錐面定位）→磨內孔（以磨完外圓定位）。

當主要表面加工順序確定后，就要合理地插入次要表面加工工序。該零件的次要加工工序主要有鉆鉸φ4孔、銑床5.3的錐度槽和S27的六角，安排在精車后熱處理前即可。

7 確定零件的加工工序

①下料9CrSiφ32×610±1mm；②車端面，打中心孔，車外圓到φ31.5；③架中心架、車另一端面保長短、打中心孔，將外圓車到φ25；④將φ31.2、φ27車成，內孔鉆通，φ14.4+0.30孔加工成保證孔深，車螺紋、空刀和60°錐面；⑤將φ25外圓車到φ19.5+0.7mm，架中心架，擴孔φ14.5+0.0180和φ14+0.0270，留0.2-0.3mm余量，保證孔深，車60°錐面；⑥鉗工劃3-φ4孔的中心線和3-5.3槽線，鉆鉸3-φ4+0.0120孔；⑦銑3-5.3+0.10長槽，保尺寸43.3+0.10和角度1°8'±1'、30°；⑧熱處理HRC34-38；⑨鉗工校直，軸向跳動0.2mm內；⑩鉗工研磨兩60°錐面，拋光5.3槽； 以兩60°錐面定位，磨φ19.5外圓到尺寸，保證560.3尺寸； 四爪夾緊孔φ19.5左端，找正外圓跳動0.1mm以內，磨φ14.5+0.0180和φ14+0.0270孔到尺寸；檢驗圖紙要求各尺寸。

參考文獻：

[1]王世清.孔加工技術，北京：石油工業出版社，1993.