安裝節(jié)球座研磨工藝及工裝設(shè)計

■中航工業(yè)沈陽發(fā)動機(jī)設(shè)計研究所 （遼寧 110015） 史獻(xiàn)營

安裝節(jié)球座研磨工藝及工裝設(shè)計

■中航工業(yè)沈陽發(fā)動機(jī)設(shè)計研究所 （遼寧 110015） 史獻(xiàn)營

摘要：研磨是傳統(tǒng)的精密加工方法，在精密加工中占有重要的地位。本文通過安裝節(jié)球座研磨介紹了內(nèi)球孔面的研磨方法、工藝參數(shù)的選擇、研具及研磨工裝設(shè)計等內(nèi)容,提供了提高研磨效率的方法。

1. 技術(shù)說明及工序

安裝節(jié)球座是某設(shè)備中的重要件，起著連接與支撐作用。安裝節(jié)球座承受巨大的載荷，選擇40CrNiMoA鋼，內(nèi)球孔面滲氮，滲氮硬度≥88HRC，使安裝節(jié)球座既有較高強(qiáng)度，又有高的硬度。為了減小振動內(nèi)球孔面尺寸精度要求高，內(nèi)球面粗糙度值為Ra=0.4μm，安裝節(jié)球座尺寸如圖1所示。其技術(shù)要求為：球面SφB滲氮，滲氮厚度h=0.15～0.45mm，硬度＞88HR15N，周圍允許有滲氮層，SφB球面孔與相配零件研磨，著色檢查，密接度≥85%且沿圓周不間斷。

安裝節(jié)球座內(nèi)球孔研磨前的主要加工工序及研磨工序如下：①數(shù)控車加工球孔Sφ（55±0.01）mm，表面粗糙度值為Ra=0.8μm。②電加工加工槽（28+0.10）m m ×φ55+0.2+0mm。③非滲氮表面鍍錫，滲氮表面磷化處理。④內(nèi)球面滲氮處理，厚度0 . 3 0～0.45mm，表面硬度＞88HR15N。⑤研磨內(nèi)球孔達(dá)到圖樣要求。

2. 安裝節(jié)球座研磨分析

滲氮是把氮原子滲入零件表面，以獲得高氮表層的化學(xué)處理工藝。滲氮零件表面形成一層致密的化學(xué)穩(wěn)定性極高的氮化層，滲氮零件表面有更高的硬度，硬度最高可以達(dá)到65～72HRC，使零件具有更好的耐磨性，更好的抗疲勞強(qiáng)度和很好的耐腐蝕性；滲氮溫度低，只有480～580℃，所以滲氮零件變形小，其變形量完全可以通過研磨消除。研磨零件表面具有良好的耐磨性、抗腐蝕能力，可延長零件的使用壽命；此件滲氮后硬度為＞88HR15N，適合研磨加工。

圖1　安裝節(jié)球座圖

3. 安裝節(jié)球座研磨工藝

（1）研磨量的確定。安裝節(jié)球座是小批量生產(chǎn)，滲氮前球面孔由數(shù)控車加工，考慮滲氮后零件變形及滲氮層厚度3%～5%膨脹量，數(shù)控車加工安裝節(jié)球座球孔尺寸為Sφ（55±0.01）mm，表面粗糙度值Ra=0.8μm。滲氮層厚度0.3～0.45mm，預(yù)留研磨量在0.02～0.04mm。由于此件的研磨量較大，分3次研磨。

（2）研磨球的材料選擇。研具是研磨劑的載體，用以涂敷和鑲嵌磨料，使游離磨粒嵌入研具表面發(fā)揮切削作用；同時又是研磨形成的工具。研磨球材料選擇優(yōu)質(zhì)灰鑄鐵HT200，此材料為珠光體組織含有片狀石墨，有很好的耐磨性和潤滑性，硬度在120～220HBW。

（3）研磨球設(shè)計。根據(jù)零件形狀和尺寸設(shè)計研磨球如圖2所示。第一次研磨為粗研，研磨球尺寸Sφ55-0.03-0.04mm。如圖2b所示在

研磨球表面加工螺旋槽，開槽的作用可以增大研磨劑填入量，使研磨效率提高。由于零件要裝夾在臥式車床上研磨，所以開螺旋槽角度與研磨球軸向夾角不能太大，設(shè)計為18°。18°的開槽角在研磨球擺動時槽的方向與車床主軸夾角控制在34°以內(nèi)，既能提高研磨效率，又能保證研磨面的質(zhì)量。第二次研磨，為提高研磨精度，研磨球不開槽，研磨球尺寸為Sφ55-0.015-0.02mm。

（4）磨料選擇白剛玉磨料。安裝節(jié)球座材料是中碳合金鋼40CrNiMoA，經(jīng)過滲氮處理，零件研磨余量比較大且硬度高，所以選擇白剛玉磨料，它非常適合淬火鋼的研磨。

（5）研磨粒度選擇。由于磨量在0.02～0.04mm，余量較大，因此分為粗研和精研。第一次粗研選擇W28號的白剛玉微粉，精研選擇W14的微粉，用零件配研選擇W5的微粉。

圖2　研磨球

（6）研磨液選擇航空煤油、L-AN10全損耗系統(tǒng)用油。粗研時要求盡快去除較大的余量，用航空煤油加L-AN10全損耗系統(tǒng)用油（3份航空煤油與1份L-AN10全損耗系統(tǒng)用油混合）做研磨液，它流動性和冷卻性好，無腐蝕性，能有效地均勻帶入磨料。精研時，要盡量使磨料吸附到研磨球表面，研磨劑要有一定的粘度，所以精研時用L-AN10全損耗系統(tǒng)用油，使游離磨粒嵌入研磨球，有利于提高安裝節(jié)球座內(nèi)球面表面粗糙度質(zhì)量及精度。

（7）研磨速度的選擇。一般來講研磨速度不易太高，速度太高造成研磨劑飛濺流失，同時降

低運(yùn)動平穩(wěn)性，使研磨球急劇磨損，同時會使被研磨零件表面發(fā)熱，嚴(yán)重時會造成零件表面燒傷，影響被研磨零件表面質(zhì)量，所以研磨速度一般在10～100m/min，研磨球尺寸及研磨工藝參數(shù)選擇如附表所示。

4. 研磨方式選擇

安裝節(jié)球座是球面孔研磨，研磨球或安裝節(jié)球座必須有一個是旋轉(zhuǎn)的，而且研磨球或安裝節(jié)球座還要有一個繞球心擺動，這種擺動的角度要適度，只有這樣才能產(chǎn)生全方位全部球面的研磨，使得安裝節(jié)球座內(nèi)球面研磨的質(zhì)量得到保證。為了提高研磨效率，選擇在車床上研磨。圖3是研磨球和心軸的組合圖，圖4是設(shè)計的車床用研磨工裝。使用方法是，研磨球放入零件安裝節(jié)球座中，裝上心軸，把安裝節(jié)球座夾在車床卡盤上；把研磨支架裝在車床刀架上，使機(jī)床中心與研磨架中心重合，調(diào)整刀架把研磨球心軸放入研磨架滑動槽中。研磨中可根據(jù)研磨情況，適時的搖動研磨架的手柄，使研磨球處于-16°～16°不同的位置擺動，也可以用手使研磨心軸放到滑動槽中的某一位置研磨。

5. 研磨中需要注意的問題

（1）研磨前研磨液與研磨料混合后均勻涂在研磨球表面上。

圖3　研磨球組件圖

圖4　研磨方法示意圖

研磨工藝參數(shù)表

（2）開始研磨時開動機(jī)床后用手拿住研磨球心軸，感覺受力均勻松緊適宜再放入研磨架的滑槽中研磨。

（3）每研磨15～20min左右，卸下研磨球，查看安裝節(jié)球座研磨質(zhì)量，重新涂研磨劑。

（4）研磨中感覺研磨球受力很小，測量安裝節(jié)球座內(nèi)球孔尺寸，當(dāng)安裝節(jié)球座孔尺寸為Sφ （55±0.005）mm時，更換研磨球與研磨劑后，進(jìn)行第二次精研。精研過程中，當(dāng)再次測量安裝節(jié)球座孔尺寸為Sφmm時，用相配零件球體更換研磨劑后第三次研磨，直至檢驗(yàn)零件合格，研磨完成。

6. 結(jié)語

研磨是傳統(tǒng)的精密加工方法，用簡單的工具和普通設(shè)備，能加工出高精度的零件。研磨一般是零件加工的最后工序，雖然加工精度高，但一般效率較低，因此要提高效率一定要設(shè)計好研具，選擇合適的磨料及冷卻潤滑液，并采用正確的研磨方法。在保證產(chǎn)品質(zhì)量的情況下，盡量提高研磨效率，減小勞動強(qiáng)度。

參考文獻(xiàn):

[1] 唐殿福.鋼的化學(xué)熱處理[M].遼寧：科學(xué)技術(shù)出版社，2009.

[2] 陳宏均.簡明機(jī)械加工工藝手冊[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2008.

[3] 于勇，田志凌.鋼鐵材料手冊[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2009.

[4] 孟少農(nóng).機(jī)械加工工藝手冊[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1991.

收稿日期：（20141215）