貫穿切入組合無心磨削法磨削超長螺栓

貴州航天精工制造有限公司 (凱山 563006) 王世敏

貫穿切入組合無心磨削法磨削超長螺栓

貴州航天精工制造有限公司 (凱山 563006) 王世敏

公司承接加工了某客戶訂制的高精度超長螺栓，HB某型號產品7×164，在該型號產品的標準中，桿部為7mm的規格，其最長長度是70mm，該產品已遠遠超出其標準中的最長尺寸。該產品的長徑比達1∶22，桿部尺寸精度為φ7f7()mm，表面粗糙度為Ra=0.8μm;如采用車削加工桿部，其桿部尺寸精度和表面粗糙度難以保證，還要考慮到加工零件中心孔的制作和切除，其加工效率也低;如采用外圓磨床頂磨加工，因是細長軸件，會產生桿部彎曲變形，造成桿部尺寸超差，外圓頂磨加工也要考慮到加工零件中心孔的制作和切除;無心磨削加工，可以不用中心孔，其桿部不會彎曲變形，還可以保證其桿部尺寸精度、表面粗糙度和形位公差。但是，我公司的無心磨床的砂輪寬度比零件桿部長度小，公司現有最大的無心磨床M1080的砂輪寬為140mm，因此，采用無心磨削加工也存在砂輪磨削寬度不夠的問題。這需要我們采用一些工藝的創新，在現有的機床條件下，完成該產品桿部的無心磨削加工。

1.工件描述及加工難點

螺栓HB1-106-7×164的零件結構如圖1所示。

圖1 零件結構

加工難點如下:

(1)零件材料為30CrMnSiA，熱處理后其抗拉強度為 (1175±100)MPa，這種材料具有較高的韌性，在加工過程中切削溫度高，磨削困難，尺寸精度不易控制。而此零件尺寸精度要求高，其桿部尺寸為φ7f7()mm，桿部表面粗糙度要求Ra=0.8μm，因桿部細長，在磨削加工中切削溫度高，切削困難，所以桿部尺寸精度、表面粗糙度難以保證。

(2)頭桿接合處的R(0.5±0.2)mm，因該處砂輪易磨損，其尺寸變化較快，難以保證，砂輪的修整次數增多。

(3)桿部長度太長，其長度大于無心磨床的砂輪寬度，M1040無心磨床的砂輪寬度為125mm，零件桿長比砂輪寬度大31mm(無心磨床M1080的砂輪寬為140mm)，其桿部如何加工連接即成為關鍵技術。

該零件的加工方法最終選擇在M1040無心磨床上磨削加工。該零件在磨削前已進行了鐓制、頭部切邊、車削、滾絲、熱處理等工序，其坯件如圖2所示。

圖2 零件毛坯圖

2.粗磨

(1)選擇機床 粗磨選用M1040型無心磨床。

(2)選擇砂輪 由于工件為淬火鋼，適于磨淬火鋼的磨料為白剛玉;磨削硬工件時選用軟砂輪，磨削軟材料時選用硬的砂輪，由于磨削工件為淬硬鋼材料，選用容易脫落的軟砂輪。可使磨鈍的磨粒快點脫落，以便露出更多尖銳棱角的新磨粒，一則可進一步磨削，二則可減少磨粒與工件的滑擦與刻劃，降低切削溫度以防燒傷工件，所以選擇砂輪的硬度為中軟。最后選擇砂輪為:WA80K(WA為磨料白剛玉，80為磨料的粒度，K為磨具的硬度為中軟1)。

(3)托板選擇 一般情況下，工件中心應高于砂輪和導輪中心的連線，中、小型工件中心高出約為工件直徑的一半。但是，此零件較長，且已經過熱處理，直線度有可能超差，在磨削長而翹曲的工件時，為防止工件跳動和消除工件翹曲引起的顫動，迫使工件緊貼托板，工件的中心應約低于砂輪和導輪中心連線。

(4)調整托板高度 由于零件的尺寸精度要求高，直線度要求高，因此正確調整托板高度就顯得更為重要。托板高度H1的粗略計算按下圖3及公式。

圖3 托板位置示意圖

式中，A為砂輪中心至底板距離，M1040磨床A=180mm;B為托架槽底至底板距離，M1040磨床B=130mm;H為工件中心低于砂輪中心的值，h≈1mm;d為工件直徑，d=7.3mm。

計算托板高度 H1≈180-130-7.3/2-1=45.35mm。托板用于支撐工件，其傾斜角和厚度的選擇關系到磨削質量和生產率。托板的傾斜角一般為20°～30°，托板的頂面需要磨光和清潔，以防止劃傷工件表面。托板的厚度選擇:為使托板有足夠的剛性、磨削平穩，其厚度應寬些，但要比工件的直徑小1.5～2mm，磨削此產品選擇5.5mm厚的托板。

(5)切削液的選擇 由乳化油加入大量的水稀釋而成的乳化液，呈白色或半透明狀，具有良好的冷卻作用和潤滑作用，因是磨削一般碳鋼工件，所以選用切削液為中等濃度的乳化液。

(6)操作步驟 粗磨磨削余量為0.25～0.15mm。粗磨時，先粗磨桿部的一大半，如圖4所示，粗磨前一大半時，長度可稍長點，這樣在將工件放入磨削區時，工件與托板的接觸面多，較平穩些。

圖4 粗磨零件

粗磨時，磨削示意圖見圖5。

圖5 粗磨示意

操作要點:①工件放入磨削區后，工件要貼合托板，以擋銷定位。②靠手輕托工件，讓工件保持其合適位置，在磨削時，注意手要放松，手不被工件的旋轉所打，又不離開工件。③粗磨2次，達到其要求;粗磨完桿部的一半后，再粗磨桿部的另一半，如圖6所示。

磨削示意圖如圖7所示。

圖6 粗磨零件

圖7 粗磨示意

操作要點:①取消擋銷，工件的位置靠托板與工件支承面來定位。②砂輪的端面與砂輪的外圓素線垂直，并修整出符合要求的砂輪圓角。③工件端面允許沒有磨出，但R處應光滑連接，注意頭部厚度尺寸。

3.半精磨

(1)選擇機床 半精磨選用M1040型無心磨床。砂輪選擇、托板高度調整、切削液的選擇與粗磨相同。

(2)調整并修整導輪 調整導輪傾斜角θ=1.5°～2.5°。

(3)修整砂輪，砂輪的端面與砂輪的外圓素線垂直，并修整出符合要求的砂輪圓角。

(4)半精磨操作步驟 半精磨磨削余量為0.05mm，其磨削零件圖如圖8所示。

圖8 半精磨零件圖

磨削示意圖如圖9所示。

圖9 半精磨、精磨示意圖

操作要點:①開始進行的是貫穿磨法 (見圖9a)，把工件的前端放入磨削區，因導輪傾斜θ角(θ=1.5°～2.5°)，工件一面旋轉，一面縱向運動，從外向里穿過磨削區 (見圖9b)。②工件的最終磨削位置靠托板與工件支承面來定位 (見圖9c);砂輪的端面與砂輪的外圓素線垂直，并修整出符合要求的砂輪圓角。③在進給時應選擇較小的進給速度。工件的前端放入磨削區時，為防止工件失重，手應輕托工件后部，直至工件的后半部分進入磨削區域。④工件磨削完后，導輪回退至合適位置，再用木棍將工件拔出一小段，再用手拿穩順著導輪邊將工件慢慢取出。因工件太長，不宜用木棍一下子拔出，防止工件在拔出的過程中被碰傷。

4.精磨

(1)選擇機床 精磨選用M1040型無心磨床。托板高度調整、切削液的選擇與半精磨相同。

(2)選擇砂輪 選擇砂輪為WA100K。

(3)調整并修整導輪 調整導輪傾斜角θ=1.0°～1.5°。

(4)修整砂輪 砂輪的端面與砂輪的外圓素線垂直，并修整出符合要求的砂輪圓角。

(5)精磨操作步驟 精磨磨削余量為0.013mm，其磨削零件圖如圖1所示。

操作要點:同半精磨。因工件長度大于砂輪寬度，為防止工件在貫穿精磨過程中前段因磨削時間長造成尺寸超差;所以精磨時應將磨床調為很小的倒錐度，錐角約為15'左右。

5.結語

本文介紹了兩種無心磨削方法的結合使用，切入磨削法和縱向進給磨削法，通過這種磨削方法的實踐成功，避免了該零件進行外圓磨削時的中心孔的制作和去除，保證了零件的尺寸精度和表面粗糙度要求，并有高的生產效率，通過批量生產，證明該方法合理、可行，能滿足批量生產的要求。

20131119)