小型插針類零件的加工工藝研究

梁 博

（武漢職業(yè)技術(shù)學(xué)院，武漢 430074）

H62材料制作的小型插針類零件，在生產(chǎn)加工中很容易受到生產(chǎn)環(huán)境和生產(chǎn)條件的影響，出現(xiàn)傳導(dǎo)性低、熱膨脹系數(shù)高的問題，同時(shí)細(xì)長軸容易出現(xiàn)扭曲變形和彎曲情況，且振動(dòng)、發(fā)熱量上升的情況不時(shí)發(fā)生，影響小型插針零件的實(shí)際加工質(zhì)量。

1 小型插針類零件的工藝性分析

研究選擇的小型插針類零件構(gòu)成，如圖1所示。經(jīng)技術(shù)人員測(cè)量可知，該零件長度為100 mm，最大外徑和最小外徑分別為5 mm和1 mm，且Φ1 mm、Φ2 mm兩段之間的統(tǒng)計(jì)公差為0.03 mm，來料的毛坯為Φ12 mm棒料[1]。技術(shù)人員針對(duì)此零件的規(guī)格進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，得出其為一種小直徑、大長徑比的零件類型，具有精度更高、剛性更弱以及長徑比更大等特點(diǎn)。因此，技術(shù)人員認(rèn)為，在對(duì)其進(jìn)行生產(chǎn)加工時(shí)應(yīng)該特別關(guān)注零件的受力變形問題[2]。小型插針類零件本身規(guī)格較小，因此在使用數(shù)控車床常規(guī)性配置下的彈簧夾頭去夾緊車削驅(qū)動(dòng)加工程序時(shí)，很容易造成小型插針零件受切削力影響而出現(xiàn)振動(dòng)變形等問題。隨著振動(dòng)能量的減小，小型插針類零件的剛性隨之減弱，零件外圓尺寸出現(xiàn)超差問題，甚至?xí)?dǎo)致生產(chǎn)車床形成車斷和折彎問題[3]。結(jié)合此類情況進(jìn)行分析，技術(shù)人員在進(jìn)行小型插針類零件生產(chǎn)加工時(shí)，應(yīng)該充分做好加工工藝路線的選擇和刀具的選擇工作。

圖1 某小型插針類零件構(gòu)成（單位：mm）

2 小型插針類零件加工重難點(diǎn)探討

2.1 剛性差

某小型插針類零件的Φ1 mm段、Φ2 mm段之間的長徑比為30，綜合長徑的比例達(dá)到90，可見該類小型插針類零件屬于一種比較典型的細(xì)長軸。細(xì)長軸在機(jī)械加工領(lǐng)域中的定義一般為長徑比超出20的軸。分析某小型插針類零件的加工設(shè)備時(shí)發(fā)現(xiàn)，它屬于一類小型精密型數(shù)控車床，零件的外徑尺寸相對(duì)較低，且無法使用頂尖、中心架以及跟刀架等一系列用于輔助生產(chǎn)加工的零件剛性保障措施[4]。裝夾施工時(shí)，彈簧頭的頭部主要以直接夾緊的狀態(tài)生產(chǎn)加工。自重下垂或出現(xiàn)高速旋轉(zhuǎn)狀態(tài)時(shí)，某小型插針類零件會(huì)受到離心力影響，造成工件出現(xiàn)彎曲或變形等問題[5]。此外，某小型插針類零件的結(jié)構(gòu)原材料以62銅為主，自有強(qiáng)度低，強(qiáng)度變化主要是在粗加工階段。在粗加工階段零件的強(qiáng)度余量被逐步去除，且剛性逐步減弱。此時(shí)，某小型插針類零件加工時(shí)形成徑向切削力會(huì)直接導(dǎo)致工件出現(xiàn)頂彎現(xiàn)象，造成某小型插針類零件在水平面之內(nèi)隨之產(chǎn)生彎曲變形，繼而出現(xiàn)直線誤差類問題，導(dǎo)致零件實(shí)際加工尺寸精準(zhǔn)度受到影響[6]。

2.2 加工中難以保障表面質(zhì)量

受工件懸伸過長的影響，某小型插針類零件的長徑比較大且剛性不優(yōu)秀，加工期間會(huì)直接受到機(jī)床空間的影響，出現(xiàn)工件外徑操作質(zhì)量受限情況，很難利用中心架或跟刀架完成生產(chǎn)工作，進(jìn)一步造成某小型插針類零件遠(yuǎn)離夾持端的位置，受切削力影響出現(xiàn)比較嚴(yán)重的“讓刀”情況，造成工件彎曲問題出現(xiàn)[7]。另外，在車削工藝程序執(zhí)行期間，也會(huì)導(dǎo)致某小型插針類零件的振動(dòng)頻率加大，最終難以保障零件生產(chǎn)成品的表面質(zhì)量。

3 小型插針類零件的加工工藝精度提升措施探討

常規(guī)性零件加工生產(chǎn)中，加工期間必須高度關(guān)注零件是否出現(xiàn)變形類問題，并做好預(yù)防此類問題出現(xiàn)的管理工作[8]。為了強(qiáng)化某小型插針類零件的加工精度，技術(shù)人員在進(jìn)行工藝優(yōu)化時(shí)，有效結(jié)合零件的生產(chǎn)條件采納分段車削的方法，融合了一次成型法共同完成零件的加工。需要注意，應(yīng)該匹配更加恰當(dāng)?shù)那邢魃疃龋诖_保零件強(qiáng)度的基礎(chǔ)上提升精度，確保某小型插針類零件的生產(chǎn)加工成品符合設(shè)計(jì)精度和產(chǎn)品合格標(biāo)準(zhǔn)。

3.1 做好工藝路線的調(diào)配工作

對(duì)于某小型插針類零件的加工生產(chǎn)而言，想要提高加工零件的合格率，配置合理的工藝路線十分必要，直接影響零件質(zhì)量和生產(chǎn)效率。使用小型精密數(shù)控車床完成零件的加工工作時(shí)，為了確保項(xiàng)目整體的剛性需求，應(yīng)該充分做好分段車削工作[9]。具體加工處理中，要求技術(shù)人員按照從左至右的順序完成M1螺紋的加工工作，且在進(jìn)行直徑Φ1 mm端粗車時(shí)車成錐度，進(jìn)一步提升零件剛度。精車時(shí)需要選用高速旋轉(zhuǎn)的小走刀量，確保整個(gè)過程實(shí)現(xiàn)一次車削成型的生產(chǎn)加工目標(biāo)。當(dāng)進(jìn)行Φ2 mm段生產(chǎn)加工時(shí)，應(yīng)該采納同樣的加工原理執(zhí)行。某小型插針類零件具體的工藝路線生產(chǎn)過程如表1所示。

表1 工藝路線詳細(xì)加工過程表

3.2 選擇適宜的零件生產(chǎn)刀具

工藝生產(chǎn)系統(tǒng)運(yùn)行中，當(dāng)系統(tǒng)本身的剛性不足時(shí)，需要從刀具的選擇方面著手進(jìn)行改善。因此，在加工某插針零件時(shí)，需要充分提升刀具的鋒利程度，做好刀具角度的選取，應(yīng)該做好如下的刀具選擇工作。一方面，前角。增加前角，減小切削金屬層的塑性變形程度，降低切削力。本次研究中選用的前角為20°。另一方面，后角。開展車削細(xì)長軸加工時(shí)，需要使用正刃傾角，促使切削逐步流向待加工表面，以提高工件的表面質(zhì)量。本次研究中，選用的后角為5°。

3.3 選擇適配的切削處理用量

當(dāng)施工某小型插針類零件時(shí)，需充分做好切削用量處理工作。這對(duì)零件加工的精準(zhǔn)度具有極高影響，可以有效避免因切削用量的選擇方案不適宜而出現(xiàn)工件塑性變形類問題。

第一，把控切削處理的深度。受某小型插針類零件本身剛性較差且直徑不大的影響，車削剛性逐步降低。可見，當(dāng)長度尺寸一致時(shí)，開展零件加工處理時(shí)應(yīng)該盡量減少多刀車削的數(shù)量，且加工中需要先做好粗車去量處理工作后才能確保后續(xù)加工中實(shí)現(xiàn)一次精車到位得到產(chǎn)品的生產(chǎn)目標(biāo)。

第二，嚴(yán)格把控進(jìn)給量。加工處理中，需要全面考量加工中的零件表面質(zhì)量、剛性等因素，尤其是在粗車選取時(shí)應(yīng)該盡量選擇大一些，而在選擇精車時(shí)選擇小一些。

第三，控制切削速度。某小型插針類零件加工時(shí)，有效提高零件切削速度可以進(jìn)一步降低零件生產(chǎn)的切削力，預(yù)防出現(xiàn)切削變形問題。但是，隨著某零件車削振動(dòng)出現(xiàn)變化，往往會(huì)隨著切削速度的不斷遞增而增長，且在切削速度增長時(shí)會(huì)與切削速度的變化呈正比例關(guān)系增長。但是，當(dāng)切削速度增長到一定標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，振動(dòng)開始逐步降低。因此，在某小型插針類零件加工時(shí)，選取的切削速度為60～110 m·min-1，目的在于確保某零件的切削速度能夠與進(jìn)給量保持適宜的搭配狀態(tài)，以提高加工質(zhì)量和效率。某小型插針類零件的切削用量如表2所示。

表2 切削用量表

3.4 降低某小型插針類零件的熱變形

在某小型插針類零件的加工生產(chǎn)過程中，除刀具的角度設(shè)計(jì)和切削液的使用，還可以降低零件的熱變形概率。在熱傳導(dǎo)作用下，使用切削液可以借助液體的熱傳導(dǎo)效應(yīng)帶走來自切削區(qū)域內(nèi)工件、刀具以及切削之上的切削熱，提高刀具的耐用度和工件的表面質(zhì)量。此外，在車削H62塑性材料時(shí)，提高斷屑處理效率，降低積屑瘤發(fā)生概率，將車削期間的高濃度極壓乳化液、大流量連續(xù)澆筑方案應(yīng)用于某小型插針類零件加工，能更好地處理零件熱變形問題。

4 結(jié)語

針對(duì)存在的加工工藝問題，通過分析插針類零件的車削技術(shù)，制定了科學(xué)合理的加工工藝，包括調(diào)整加工線路，選擇比較適宜、恰當(dāng)?shù)纳a(chǎn)刀具，以獲得小型插針類零件生產(chǎn)所需的具體加工參數(shù)，進(jìn)一步提升后續(xù)插針零件的生產(chǎn)精準(zhǔn)度。經(jīng)過本次的實(shí)踐研究還能夠發(fā)現(xiàn)，在進(jìn)行小直徑、細(xì)長軸類零件加工生產(chǎn)時(shí)，零件的加工精確度很大程度上會(huì)受到加工剛性的影響。因此，在車削處理時(shí)應(yīng)該避免出現(xiàn)“分多刀”情況，保障刀具的鋒利性，并在確認(rèn)剛性比較突出的情況下實(shí)現(xiàn)“一次車削成型”。尤其是在選擇生產(chǎn)加工刀具時(shí)，應(yīng)該重點(diǎn)考量前角、后角的條件是否符合小型插針零件的生產(chǎn)規(guī)格及要求，為車削生產(chǎn)中小型插針零件的加工質(zhì)量提升奠定基礎(chǔ)。