高精度圓柱角尺的加工工藝改進(jìn)

中國船舶工業(yè)集團(tuán)總公司第六三五四所 (江西九江 332000)雷繼輝 關(guān)福州

該產(chǎn)品是我所研發(fā)的新產(chǎn)品，沒有成熟的工藝方法可參考，也沒有相關(guān)的技術(shù)信息資料可借鑒，經(jīng)過首套圓柱角尺的加工，零件的最終圓度、圓柱度、表面粗糙度等精度達(dá)不到圖樣的要求，影響到產(chǎn)品質(zhì)量。

圖1

通過分析，我們找出了以下三個方面的原因:一是圓柱與柱套的配合精度不夠理想;二是圓柱的圓柱度、圓度不夠理想，會產(chǎn)生兩邊小、中間大的鼓形形狀，造成柱套在圓柱上下滑動不夠理想;三是圓柱與柱套的表面粗糙度不夠高，且有振紋。

針對以上圓柱角尺加工中存在的原因分析認(rèn)為，圓柱與柱套的配合精度不夠理想，主要是工藝方法不夠完善，在線測量方法不到位;圓柱的圓柱度、圓度不夠理想，主要是中心孔表面粗糙度較差，工件旋轉(zhuǎn)軸線與工作臺運(yùn)動方向不平行;圓柱與柱套的表面粗糙度較差，主要是切削液不清潔，砂輪粒度號過大。對此我們分別對圓柱、柱套的加工確定了新的工藝方案。

1.圓柱的加工

(1)工藝流程 圓柱如圖2 所示:材料為CrWMn，重量35kg，硬度要求:淬火60～64HRC 并進(jìn)行穩(wěn)定性處理，外徑110mm，長度500mm，精度分別為:圓柱度0.002mm，直線度0.0015mm，軸線與端面A 的垂直度0.004mm，表面粗糙度值Ra=0.1μm 級。根據(jù)以上精度要求我們制定了新的加工工藝:將加工分粗磨、半精磨和精磨，并在每次磨削加工后對零件進(jìn)行相應(yīng)的熱處理以消除應(yīng)力，便于最后尺寸的穩(wěn)定。即下料→球化退化→車→淬火→研中心孔→粗磨留余量0.2mm→人工時效→研中心孔→半精磨留余量0.05mm→油煮定性并Ct.0→研中心孔→精磨達(dá)圖樣要求。

圖2

(2)關(guān)鍵工序的處理 在磨削前，首先將中心孔進(jìn)行仔細(xì)地研磨，使兩端中心孔表面質(zhì)量達(dá)10 級以上。在準(zhǔn)備磨削前，將機(jī)床空運(yùn)轉(zhuǎn)一段時間(約30min)，防止機(jī)床有爬行現(xiàn)象，使機(jī)床在工作時性能穩(wěn)定，空運(yùn)轉(zhuǎn)時，除油泵、工作臺往復(fù)運(yùn)動及砂輪軸應(yīng)起動外，頭架也起動，避免頭架熱變形的作用會改變工件的錐度，并檢查兩頂尖與中心孔接觸是否良好。當(dāng)頂尖中心線與圓柱中心線相偏斜而不重合時，這種接觸狀況不僅使圓度減小，而且對表面粗糙度也有影響。在溫度的控制方面，溫度在±20℃，濕度在50%～75%，以更好地控制圓度和尺寸等。用兩頂尖定位時，不能過松或過緊，過松在磨削時圓柱會有微量竄動和跳動，影響加工精度和表面粗糙度;過緊則使圓柱中心孔與頂尖摩擦大，發(fā)熱大，使圓柱產(chǎn)生彎曲變形，加工后的表面粗糙度和圓度也較差，一般以用手能輕輕轉(zhuǎn)動為宜。安裝圓柱時一定要將中心孔和頂尖用干凈的布或棉花清洗，并加入適量的潤滑油，為了達(dá)到圓度0.001mm，采用清潔的L -AN32 全損耗系統(tǒng)用油為宜，因?yàn)橛脻櫥讑A入雜質(zhì)而影響工件的圓度。在精磨階段，由于精磨這道余量偏少，對刀是很重要，一般只有0.05mm 余量，因?yàn)檫€要對工件進(jìn)行錐度調(diào)整，否則尺寸精度很難控制。加工時要用帶表千分尺反復(fù)地測量兩端尺寸，把工作臺調(diào)到最佳位置。如果工件是鼓形形狀必須減小磨削深度，多作“光磨”行程，及時修整砂輪，使其經(jīng)常保持良好的切削性能。如果第一次對刀進(jìn)給太大，不僅會破壞砂輪表面的微刃，而且由于砂輪切削能力所限，將會使圓柱產(chǎn)生燒傷和螺旋形。在砂輪選用方面，為了達(dá)到較低的表面粗糙度值，選用PA120K6的砂輪，用乳化液冷卻，在達(dá)到最終尺寸時，光磨時間不宜過長，大概光磨5～6 次，表面粗糙度值就可以達(dá)到Ra=0.05mm 以下;如光磨時間太長了，由于砂輪鈍化后所引起的自激振動，會使圓柱表面產(chǎn)生振紋，影響表面粗糙度。

采用以上的工藝和加工方法，解決了圓柱的加工精度問題，獲得更高的圓柱度、直線度，圓度和表面粗糙度。

2.柱套的加工

圖3

(1)工藝流程 柱套如圖3 所示:材料為CrWMn 要求硬度為60～64HRC，內(nèi)徑110mm，外徑132mm，長度45mm，在內(nèi)孔與外圓上分別有兩處對稱的3mm×2mm 的凹槽。柱套精度要求:圓柱度0.001mm，內(nèi)孔表與端面的垂直度0.0015mm，內(nèi)孔表面粗糙度值Ra=0.1μm，與柱身配磨的相對間隙0.002～0.004mm，并且要求柱套兩端磨成比中間大0.002～0.003mm 的喇叭口形狀，位置從開槽處開始?？梢钥闯?內(nèi)孔的圓度、圓柱度，孔對端面的垂直度、與圓柱的配合間隙要求極高，所以在加工中這幾項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)加工控制最為重要。根據(jù)以上精度要求，我們制定了新的工藝過程:柱套的加工分粗磨、精磨、半精磨和超精磨，并在每次磨削加工對零件進(jìn)行相應(yīng)的熱處理工序以消除應(yīng)力，便于最后尺寸的穩(wěn)定。即下料→球化退化→車→淬火→粗磨留余量0.2mm→人工時效→精磨留余量0.1mm→油煮定性并Ct.0→半精磨留余量0.03mm (這之前要測量圓柱的實(shí)際尺寸)→自然時效→超精磨與圓柱實(shí)際配磨。

(2)關(guān)鍵工序的處理 在設(shè)備選擇方面，考慮到數(shù)控內(nèi)圓磨床是采用乳化液冷卻，便于柱套溫度的控制以獲得理想的尺寸精度，并可進(jìn)行相對磨頭的微調(diào)，所以在錐度、垂直度、圓度及尺寸上更易控制。在砂輪選擇方面，選用陶瓷結(jié)合劑的單面凹白剛玉砂輪，粒度為120 號、直徑70mm，長度40mm 的砂輪。在裝夾方面，采用磁力吸盤吸柱套A面，在測量方法方面，采用相對測量的方法測量柱套的尺寸，方法是先加工一件柱套零件，定溫后經(jīng)精測儀器將內(nèi)孔尺寸測量出來，然后以此零件的內(nèi)孔尺寸為基準(zhǔn)，用杠桿千分表測量配磨柱套尺寸，以達(dá)到與圓柱0.003mm 的間隙配合。在加工最終尺寸時，可不進(jìn)給而進(jìn)行循環(huán)十次左右的光磨，以降低表面粗糙度值。在溫度控制方面，室內(nèi)溫度控制在20℃左右。采用以上的工藝方法與加工方法，很好的解決了柱套與圓柱的配磨精度問題，并獲得更高的圓柱度、圓度和表面粗糙度。

通過以上工藝方法，精度較以前有了明顯的提高。

3.結(jié)語

通過摸索、實(shí)踐，我們總結(jié)了圓柱角尺加工的工藝新方法，滿足了圖樣的各項(xiàng)指標(biāo)要求。該新產(chǎn)品在轉(zhuǎn)臺、六面體等高精度產(chǎn)品的檢測方面得以廣泛應(yīng)用，提高了檢測質(zhì)量和效率。該工藝方法為我所精密檢具產(chǎn)品加工鋪墊了基礎(chǔ)，為今后研發(fā)其他精密檢具提供了一套很好的工藝方法。