滾軋刀具在鋁合金零件孔加工中的應用

摘要：本文詳細論述了通過滾壓刀具在機械加工過程中的應用實例，通過具體實例，并結合生產實際經驗，解決中小批量機加生產生產中的加工精度問題：本文結合鋁合金孔加工過程中的生產實例，通過和其他加工方法的對比，論證了滾軋刀具在中小批量加工中的適用性和經濟性。

關鍵詞：滾軋 粗糙度 加工效率

中圖分類號：V261 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2012）09（c）-0092-02

近幾年來，隨著國內汽車市場飛速發展，發動機市場價格大戰在全國進一步打響，許多汽車廠爭相降價，這無疑給本來就比較稚嫩的零部件市場提出了一個全新的挑戰，特別是對于一個象我們這樣的以中小批量加工鋁合金零件為主的加工廠來說，更提出了一個新的課題：如何在現有條件下既保證質量又提高生產效率。在很長一段時間內，鋁合金孔粗糙度問題一直困擾著我們，為徹底攻克這個在生產中長期限制我們加工精度的難關，我經過長期調研和反復試驗，通過引進滾軋刀具，解決了鋁合金零件孔超精加工的粗糙度問題，并總結出了一套比較完整的加工經驗。為分廠產品的優質交付提供了有利保障。

1 選題理由

在近幾年的零部件加工過程中，在大家的頭腦中似乎形成了這樣一個錯誤的認識：雖然是汽車配件批量加工廠，但象我們這樣的一個通用設備為主的加工廠，在不購置先進設備的前提下，加工孔類零件似乎也只能達到Ra1.6，也正是這種思維，使很多孔類精加工零件都與我們擦肩而過。在去年年初，分廠承攬了某發動機型號歧管的機加工項目，也是同樣的粗糙度為Ra0.2直徑φ18±0.01孔的超精加工問題難住了大家：如果放棄，我們將失去一個極具潛力的加工市場，但承擔下來，又如何來保證其粗糙度和尺寸公差呢？針對這個問題，分廠組織了技術攻關工作。

2 加工方案確定

通過調研，我們把到鋁合金零件孔的精加工方案進行了歸納，大致有以下幾種：鉸加工、擠光加工、鏜加工、珩磨加工、滾軋加工。

鉸加工：顧名思義就是采用鉸刀對孔進行加工，此加工方法是一般孔加工的通用方法，通常加工粗糙度為Ra1.6，即便采用粗精兩次加工也只能達到Ra0.8，無法達到精加工的精度要求。

擠光加工：該加工方法是采用鋼球或鋼棒對孔進行擠壓，使其塑性變形，雖然一般加工粗糙度為Ra0.025～0.4，但加工效率極低，隨著鋼球的磨損，尺寸逐漸變小，因此適用于單件加工。

鏜加工：就是用鏜刀對孔進行加工，隨著現代加工技術的提高，鏜孔粗糙度已經可以達到Ra0.4左右，也適用于批量加工，但該加工方法需要專用鏜床或加工中心，對于我們這樣的加工廠又投資太大，因此，經濟性較差。

珩磨加工：鋁合金珩磨是隨著珩磨條制造技術的發展而新興的一種珩磨工藝，是用珩磨機上的珩磨頭對孔進行超精加工，通過珩磨條對孔的研磨，一般粗糙度可以達到Ra0.1以上，該方法適用零件的批量加工，但在采用珩磨的同時，必須采購珩磨機，其投入太高，不適用于中小批量生產。

滾軋加工：也同樣是一種新興加工方法，是采用滾軋的方法使零件加工表面粗糙度提高，適于批量加工，采用該方法加工只需購買一個滾軋頭，配在臺鉆或搖臂鉆上就可以使用，其加工表面粗糙度可以達到Ra0.05～0.2，尺寸精度可以達到0.005～0.01，加工尺寸在一定范圍內可以調整，以達到刀具磨損后的補償，但該方法需要手動調整刀具尺寸，在未掌握加工規律前只要進行試切法加工，就可以達到加工精度。

通過以上對比，滾軋刀具加工具有以下優點：

1）操作方便，工人只需簡單培訓就可以上崗；

2）加工精度高，可以使內孔粗糙度一次從Ra6.3提高到Ra0.05～0.2，尺寸精度可以達到0.005～0.01，批量加工一致性好；

3）適用范圍廣，該刀具可以在車、鏜、鉆、銑、加工中心等機床上使用，在鋁合金加工中優于以上傳統加工方式；

4）加工效率高，例如：加工一個φ30+0.02 ×40的孔，只需10s；

5）價格便宜，國產滾軋刀只需1000元左右；

6）使用壽命長，每把刀不更換軋輥一般可加工500～1000m，在滾動部位嚴重磨損情況下，可以更換易損零件，同樣加工一個φ30+0.02 ×40的孔，每把刀不更換軋輥就可以加工10000個，更換軋輥每把刀可以加工10萬個；

綜合以上滾軋刀具的特點，并結合我們的分廠實際，顯而易見，采用滾軋加工的方法加工該零件φ18±0.015孔為最佳方案。

3 滾軋刀具的組成及工作原理

從以上圖示可以看出，該刀具可以分成三大部分：刀柄、微調裝置、刀體。

刀柄是與設備的連接部分，一般設計為莫氏錐柄，也可以根據用戶要求做成其他形狀，其主要起傳遞扭矩和軸向進給作用。

刀體是刀具的加工部位，主要包括軋輥和保持架及心軸三部分，加工時靠軋輥擠壓加工部位，使金屬表面滾軋成型，從而達到加工要求。

微調裝置部分主要由刻度盤、調整環、鎖緊螺母和調整輪四部分組成，操作者通過調整環和刻度盤的相對轉動，刻度盤下方連接的錐形心軸推動軋輥徑向移動，從而確定了滾軋直徑，輕而易舉的達到最佳尺寸。

該刀具的成型原理與擠光的大體相似，不同之處就在于它是用軋輥來滾軋加工表面，利用金屬的塑性變形原理，使金屬表面產生一層光亮的硬化層（硬度可達40HV），增加了耐磨性和表面粗糙度，由于加工過程中刀柄、刀體、滾針及零件之間均存在相對轉動，因此大大減小了加工表面和刀具之間的摩擦力，使刀具的壽命顯著提高。

4 刀具調整及使用方法

刀具的尺寸調整比較簡單，如圖2、3所示。

從圖上可知，首先用千分尺測量刀具直徑，根據測量尺寸用手向上推動鋁套筒，左右旋轉，根據刻度（一般每刻度為0.0025mm）調整直徑。

使用方法我們同樣可以通過圖4，（a）、（b）、（c）、（d）進一步了解。

首先，將刀具安裝于機床主軸上，牢固后進行加工；

其次，使輥軋頭與加工孔的中心吻合；

再次，按相關技術參數進行加工（機床主軸要右轉）；

最后，繼續旋轉退回輥軋頭，軋頭會自動縮徑，不會損傷工件加工表面。

5 刀具規格及加工參數選擇

據了解，刀具的最小加工直徑為5mm，最大直徑為350mm，在5～15尺寸之間每0.5mm為一種規格，在大于15尺寸后每1mm為一種規格。

通過一段時間的試用，滾軋刀具在我單位已全面應用于孔的超精加工，取得了令人滿意的效果，并總結出了一套較為為完整的刀具最佳加工參數：

1）底孔預留滾軋量參數表：

為獲得合適精滾余量數據，每次精滾前應根據工件本身的硬度、滾軋前的表面粗糙度及加工后要求粗糙度進行選擇，每次加工前按最大余量加工2～3件，以確定最佳底孔及刀具尺寸；（見表1）

2）滾軋速度與進給量參數：（見表2）

以上加工參數確定，為現場加工提供了依據，避免了由于經驗不足造成的刀具損壞和工時浪費，保證了現場加工的順利進行。

6 經濟效益分析

滾軋刀具在各型號歧管加工上的成功應用，受到了用戶的高度贊揚，為汽配廠占領用戶市場打下了堅實的基礎，同時，也為我們進一步開拓新的汽配零件提供了有利的保障。為使其進一步轉化為生產力，我們在全廠范圍內進行了全面推廣，幾乎解決了所有受精加工困擾的孔加工問題，使全廠的加工質量又上了一個新的臺階，而且，也為汽配廠節約了大量刀具開支。

汽配廠加工的某型號汽車發動機的后油封蓋，以前每200件就需要一把鉸刀，而且，經常出現孔徑粗糙度不合格現象，曾經長時間困擾著我們，自從滾軋刀投入使用后，僅刀具一項一年就為汽配廠節約5000余元，再加上因此而減少廢品件損失費用合計大約10000余元。

總之，自從滾軋刀具在汽配廠全面應用以來，僅此一項，每年就為分廠節約開支50000余元，而且，顧客滿意度明顯提高，并多次受到了象航天三菱這樣汽車發動機大廠的表揚。我想，隨著我們的滾軋刀具的進一步了解，此項新技術將為我們帶來更大的經濟效益和社會效益。

7 結語

隨著該項技術的引進，我們正在進一步研究其在鋼件孔加工中的應用，準備用此技術解決鋼件孔的超精加工問題，以進一步開發我們的汽配市場。使我們在激烈競爭的汽車零部件加工市場上占有一席之地。

參考文獻

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