論提升連接器毛細管插孔同軸度合格率的研究

羅光權

（貴州航天電器股份有限公司，貴陽 550009）

插孔是連接器的核心零部件之一，插孔的各項性能特征不僅可以體現該種連接器產品的設計水平，同時還能反映出實現其結構的工藝水平與加工難度。

隨著軍事和民用科學技術的逐步提高，一些特殊連接器產品相繼產生，它們要求具有高速傳輸速率、滿足大流量數據的傳輸和交換、高密封性、高溫適應性、低溫適應性、信號傳輸可靠性，而且體積越來越小，如毛紐扣連接器和納米級連接器等。這些特殊要求對連接器開發商來說是一種巨大的挑戰，主要是如何應對這種特殊要求連接器關鍵核心部件的批量加工問題，如何從原材料質量、加工設備可匹配性、工藝可操作性和質檢可控方面入手，提升零部件的一致性，保證合格率[1]。本文介紹一種某型號微型特殊連接器核心接觸件加工，即毛細管插孔的加工，研究如何提升毛細管插孔車削成形工序同軸度合格率。

1 現狀描述

1.1 毛細管插孔材質

某型號微型特殊連接器毛細管插孔按照《銅及銅合金擠制棒》（GB/T 13808-1992）將材料選擇為易車削的錫青銅QSn4-3 Y，其材料成分如表1所示。

從表1中QSn4-3 Y成分可知，錫青銅線是以錫為主要合金元素的青銅。含錫量一般在3%～14%，主要用于制作彈性元件和耐磨零件。錫青銅中加鉛可以改善可切削性和耐磨性，加鋅可改造鑄造性能。根據《銅及銅合金擠制棒》（GB/T 13808-1992），其機械性能參數如表2所示。

硬度只有HRC22～32，相對于不銹鋼、玻封合金、高溫合金來說，其硬度要低得很多，同時，一般硬質合金刀具的硬度≥HRC50，所以，對于小批量零件的加工，用普通硬質合金材料的刀具能滿足要求，但是如果零件批量大，同時零件尺寸公差很小，則就需要高性能的刀具材質才能保證質量的穩定性。

1.2 毛細管結構特征

通常所說毛細管零件是指尺寸非常小，肉眼無法觀察的零件。例如，外徑小于φ0.45mm，內徑小于φ0.30mm，壁薄柔軟，容易變形，所以被稱為毛細管。除了內外徑的尺寸特征外，還有一些特殊技術要求，如內徑公差≤0.025mm、外徑公差≤0.014mm、長徑比≥10、和同軸度≤0.01mm等。本文重點介紹如何保證同軸度0.01mm的合格率問題。

1.3 技術難點

走芯自動車適合加工又細又小的軸和管狀零件，具有精度高、變形小和高效車削性能。

從前期批量加工情況來看，合格率較低，主要表現在毛細管同軸度差，切斷端孔偏嚴重，比例約20%～60%，同軸度最大為0.06Max，有的甚至已經穿壁了，這類不良品需要挑選剔除。為了滿足同軸度要求，需要頻繁修磨鉆頭，重新裝上鉆頭后也要耗費大量的調試時間。

2 原因分析

影響小直徑鉆頭壽命的因數有很多，如工件材質、刀具材質、切削參數、設備性能以及刀具角度參數等，但是工件材質是由客戶決定的，是不可改變的因素。對于如何提高小直徑壽命的措施也有很多，首先可以從本質上進行改善，如改善鉆頭的材質，以提高鉆頭刃體的強度和耐磨性，其次是在鉆頭使用過程中進行改善，進行人為的保護，不斷地修正鉆頭的鉆尖參數，使其始終達到最佳狀態，這是人為因素，受操作者的技能水平限制。

3 對策措施

3.1 鉆頭結構分析與選擇

麻花鉆結構是最典型的鉆頭結構，它的適用范圍最廣，其刃體上的雙面螺旋槽具有很好的排削作用，但在鉆頭刃徑不變的情況下，雙面螺旋槽的容削室占據了一定比例的鉆頭實體，范圍在0.55D～0.9D，這就導致麻花鉆的鉆芯直徑只有0.1D～0.45D，對于一些超小直徑的鉆頭，如果仍然按照麻花鉆的結構進行設計，就會大大降低鉆頭的扭矩抗力和沖擊抗力，在加工工件時鉆頭刃體部分極易折斷，不能滿足批量加工的需求，特別是在鉆頭直徑小于φ0.3mm時，鉆芯直徑最大只有φ0.135mm。實踐表明，用麻花鉆加工特種連接器的毛細管插孔時，根本就無法加工。因此，結合以往的技術經驗，筆者選擇了一種結構簡單，抗扭矩力強，抗沖擊力高，并且具有很好排削性能的單排削室鉆頭，即常說的扁鉆。

3.2 優選鉆頭材質

對于銅合金類毛細管工件，由于銅合金的硬度不高，切削性能好，因此，銅合金工件對刀具的材質硬度要求不高，但對材質的綜合性能要求高，如抗彎強度、抗沖擊性、熱導率等。筆者將材料類別目標鎖定在超細顆粒碳化鎢硬質合金棒或高性能高速工具高作為坯料[2]。

表1 錫青銅QSn4-3 Y系列材料成分

表2 機械性能參數

對于常用高速鋼的種類、牌號及主要性能，高性能高速鋼分為高碳、高釩、含鈷、含鋁高速鋼，抗彎強度最高的是高釩高速鋼，約3.136GPa，但抗沖擊性能低，約0.245MJ/m2，抗沖擊性能最高的是含鈷類高速鋼，約0.294MJ/m2，如牌號為：W6Mo5Cr4V2Co8的含鈷高性能高速鋼。

3.3 無心磨QSn4-3 Y材料

長期以來，走心自動車的原材料要么是將圈料用拉拔機進行拔直并剪斷后使用，要么是直接購買1500～2000mm的直料，購買直料受直徑大小的限制，一般要求直徑大于φ1.8，否則運輸與周轉過程中會產生變形。前者采用拔料機拉拔過程中導向輪磨損會導致材料局部扭曲變形，測量徑向尺寸存在一定的橢圓度0.04Max，如果將這種材料用無心磨床進行研磨，則橢圓度問題就可以解決[3]。

3.4 扁鉆加工

扁鉆加工流程：材質選擇→下料（割斷長30mm）→磨臺階外徑φ0.28mm→尺寸檢測→磨排削槽→前刀面打磨拋光→刃磨后角和峰角→檢驗→覆涂層（可選項）。加工后的扁鉆如圖1所示。

3.5 車削成形參數

車削成形工序參數主要指走心自動車的主軸轉速，也即分配軸的轉速。經過多次試驗發現，耗時較長的是打孔，因為要考慮到鉆頭的壽命問題，如果進給太快，鉆頭的壽命將會大打折扣，通過對某產品插孔兩批次的加工進行驗證，最佳的主軸轉速在3000～4000r/min。

圖1 扁鉆結構

4 批量生產

4.1 生產產量情況

通過樣板鉆鉆頭材質的改善、刃磨要求的統一、無心磨磨原材料消除橢圓度等一系列措施，解決影響毛細管插孔孔偏的影響因素，逐步提高批產的同軸度合格率。表3是2016年上半年實施以上對策措施以來車間的生產情況。

表3 2016年走心自動車加工某插孔產量統計

截止5月份，累計加工10.13萬件，月均產量2.02萬件，產量逐月上升趨勢，其中5月份達到最高產量2.63萬件。

4.2 質量情況

整體質量穩定，無外部退貨及孔偏問題反饋，涉及與孔偏有關的內部審理單2份，總共不良零件0.6萬件，半年度不良零件占比5.9%。3-5月連續三個月無內外部質量反饋信息，審理單0份，合格率為100%。4月中旬，對孔偏穩定性進行了隨機抽檢拍照和同軸度檢測，詳情如表4所示。

整體偏下限，說明大部分零件測得的同軸度偏下限，集中度在0～0.021，質量較高，實物拍照如圖2所示。

圖2 切斷端孔拍照（倍率40）

5 結語

通過優選樣板鉆坯料材質，采用超細顆粒碳化鎢硬質合金棒或含高鈷的高性能高速工具高作為坯料，提升樣板鉆材質的綜合性能，使機械性能的指標得到提高，如抗彎強度、抗沖擊性、熱導率等。優化車削成形進給參數，主要指調整走心自動車的主軸轉速，即分配軸的轉速，毛細管插孔耗時較長的是鉆孔，同時要考慮鉆頭的壽命問題，如果進給太快，鉆頭的壽命將會大打折扣，通過一系列的驗證，將主軸轉速控制在3000～4000r/min，鉆頭的壽命達到最佳值。