CN103273282B - 细长杆高精度特殊型面的加工方法 - Google Patents

Abstract

一种细长杆高精度特殊型面的加工方法，包括以下流程：下料、粗加工、去应力处理、半精加工、热处理、基准校正、精加工；其中，下料要提高原材料状态的质量，确定最佳硬度值；通过收集类似零件加工数据和对常规工艺流程的分析，确定影响针塞质量的主要因素和工序，调整工艺流程，在粗加工后，半精加工前增加去应力工序，消除在后续热处理工序中的机械加工残余应力的影响；在精加工前，增加校准工序对加工基准进行校正，确保加工精度；对高精度曲面采用高精度的数控车床一次装夹加工，并使用进口刀具切削，摸索合理的加工参数，合理分配粗、精加工的余量，最终将细长杆特殊型面零件加工到符合技术要求的精度。

Description

细长杆高精度特殊型面的加工方法

技术领域

本发明属于机械加工领域，特别地涉及一种细长杆特殊型面的加工方法。

背景技术

现代工业中常常会用到细长杆零件，并且零件精度要求高。如图2所示零件属于细长钢件，且有高精度的配合外圆及形状公差、尺寸要求很高的复杂曲面，多处为细脖子，加工不易保证精度，零件易变形，采用常规加工手段即普通车床一次车削到位，无法满足零件高精度曲面要求，存在如下问题：

1、材料的影响：该零件的材料牌号为：3J53（材料技术要求：YB/T5256-1993） ，其特点是：原材料状态不好，材料较软，内应力的释放导致零件变形；

2、结构的影响：从结构土中可以看出，该零件属于细长杆件，长径比较大（22.2mm）, 型面尺寸变化多，加工和检测要求高。零件一端由锥面、球面等构成流线外型，整个型面上有对另一端基准0.03的跳动要求，普通机加方法几乎无法实现；

3、零件刚性差：零件总长80mm，直径最小为Ф3，最大直径Ф5.5，承受切削的能力差，加工时容易变形，影响尺寸精度。加工后由于应力释放，也容易产生变形，导致零件不合格；

4、加工效率低。

发明内容

本发明的目的在于针对以上问题，提供一种用特殊车削方法加工细长杆特殊型面零件的加工方法，克服技术上存在的问题，保证产品的加工精度要求，提高产品的加工质量。

本发明的目的及解决其主要技术问题是采用以下技术方案来实现的：一种细长杆高精度特殊型面的加工方法，包括以下流程：下料、粗加工、去应力处理、半精加工、热处理、基准校正、精加工；

其中：下料要提高原材料状态的质量，确定最佳硬度值；通过收集类似零件加工数据和对常规工艺流程的分析，确定影响针塞质量的主要因素和工序，调整工艺流程；在粗加工后，半精加工前增加去应力工序，消除在后续热处理工序中的机械加工残余应力的影响； 在精加工前，增加校准工序对加工基准进行校正，确保加工精度；对高精度曲面采用高精度的数控车床一次装夹加工，并使用进口刀具切削，摸索合理的加工参数，合理分配粗、精加工的余量；最终将细长杆特殊型面零件加工到符合技术要求的精度。

其中最优为：原材料状态明确为冷拉状态，硬度大于HRC26；

定位基准在进行外圆磨削、车削曲面前增加研顶尖孔工序，要求保证顶尖孔对外圆跳动0.01max；

精加工为数控车，采用一端夹持外圆，另一端顶住顶尖孔进行加工，顶顶尖孔的压力调整到最小1.6bar,可将零件的变形减少到最小；粗车余量为0.5max, 精车余量为0.1max；采用形状为菱形、切削角度35°、切削表面有硬质合金CVD涂层最锋利的数控车型号为243#进口山特刀片，尖角R0.2max, 固化刀具；

将针塞曲面车削分为3个阶段：去余量加工阶段为保证针塞曲面跳动0.03 mm的技术要求，转速加工应控制在S1800、进给量控制在F0.15为最优；

型面粗加工阶段为保证针塞曲面跳动0.03 mm的技术要求，转速加工应控制在S1600、进给量控制在F0.1为最优；

型面精加工阶段为保证针塞曲面跳动0.03 mm的技术要求，转速加工应控制在S3000、进给量控制在F0.04为最优；

这三个阶段采用的顶尖压力值为保证针塞曲面跳动0.03 mm的技术要求，顶尖压力应控制在1.6 Bar为最优。

本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果。由以上技术方案可知，本发明提高原材料状态的质量，确定最佳硬度值；通过收集类似零件加工数据和对常规工艺流程的分析，确定影响针塞质量的主要因素和工序，调整工艺流程；在粗加工后，半精加工前增加去应力工序，消除在后续热处理工序中的机械加工残余应力的影响；在精加工前，增加校准工序对加工基准进行校正，确保加工精度；对高精度曲面采用高精度的数控车床一次装夹加工，并使用进口刀具切削，摸索合理的加工参数，合理分配粗、精加工的余量；最终将细长杆特殊型面零件加工到符合技术要求的精度。

附图说明

图1为本发明的加工流程图；

图2为细长杆零件特殊型面的加工示意图；

图3为本发明第一个阶段去余量加工转速拟合线图；

图4为本发明第一个阶段去余量加工进给量拟合线图；

图5为本发明第二个阶段型面粗加工转速拟合线图；

图6为本发明第二个阶段型面粗加工进给量拟合线图；

图7为本发明第三个阶段型面精加工转速拟合线图；

图8为本发明第三个阶段型面精加工进给量拟合线图；

图9为本发明针塞曲面车削三个阶段顶尖压力拟合线图。

具体实施方式

以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的细长杆高精度特殊型面的加工方法具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。

以图2所示的零件为例，按图1的流程加工，下料，去应力处理，车外圆、车外圆、铣四方、去毛刺、磨扁、去毛刺、磨外圆、车外圆、磨螺纹、去毛刺、清洗、检验、镀鉻、去应力处理、研顶尖孔、磨外圆、磨外圆及槽、去毛刺、清洗、检验、数控车、线切割、抛光、清洗、检验、钝化、涂镀、检验、油封；其中：

1、影响针塞质量的主要因素是变形所致，而导致变形产生在以下几个环节：原材料的状态、内应力的释放、加工基准的准确性、加工和生产过程中变形的控制；首先对针塞的工艺流程进行了调整，在粗加工前、精加工前均增加去应力处理，参见图1中的3工序、62工序，尽可能使零件材料的内应力得到最大限度的释放，精加工后才能确保零件精度；定位基准是确保加工精度的关键，在精加工前增加校正定位基准的工序：研顶尖孔工序，参见图1中的64工序。

2、定位基准是一个决定性的因素，为了减少定位基准对加工精度的影响，在进行外圆磨削、车削曲面前增加研顶尖孔工序，要求保证顶尖孔对外圆跳动0.01max。

3、在0工序明确原材料的状态：通过比较热轧和冷拉两种状态，发现若采用热轧状态的材料，通常硬度较软，加工性能不好，易导致针塞变形，为了改善原材料的加工性能，将0工序原材料状态明确为冷拉状态，硬度大于HRC26。

4、加工方法的改进：

采用高精度设备数控车T51进行加工，以提高针塞曲面的加工精度；规定零件在数控车床加工前外圆跳动必须找正在0.01mm以内；采用特殊的装夹方式：针对此零件为细长杆件的特点，零件总长为106mm、加工型面的长度为42.7mm、加工型面的最大直径为Ф5mm，在车削过程中受力易导致变形，采用一端夹持外圆，另一端顶住顶尖孔进行加工，顶顶尖孔的压力调整到最小1.6bar,可将零件的变形减少到最小；将以前一次将曲面车削到位的加工程序进行分解和调整，分为粗车曲面和精车曲面两步，粗车余量为0.5max, 精车余量为0.1max；采用形状为菱形、切削角度35°、切削表面有硬质合金CVD涂层最锋利的数控车型号为243#进口山特刀片，尖角R0.2max, 固化刀具；

5、通过加工试验，收集数据，先运用卡方检验的方法进行数据分析，确定转速、进给量、顶尖压力是对衡量针塞型面加工质量的重要技术要求，即跳动0.03 mm的关键要素，然后，再将加工试验中收集的数据进行拟合分析，找到了每个阶段加工的转速、进给量、顶尖压力优化参数；

将针塞曲面车削分为3个阶段：去余量加工、型面粗加工、型面精加工：第一个阶段：去余量加工选择常规转速在S1200~S2200之间、进给量选择常规值F0.1~F0.6之间进行数据拟合分析，从数据拟合分析的结果可看出，保证针塞曲面跳动0.03 mm的技术要求， 该阶段的转速加工应控制在S1800、进给量控制在F0.15为最优，参见图3、图4；

第二个阶段：型面粗加工选择常规转速在S1500~S2500之间、进给量选择常规值F0.1~F0.6之间进行数据拟合分析，从数据拟合分析的结果可看出，保证针塞曲面跳动0.03 mm的技术要求，该阶段的转速加工应控制在S1600、进给量控制在F0.1为最优，参见图5、图6；

第三个阶段：型面精加工选择常规转速在S1800~S3200之间、进给量选择常规值F0.05~F0.3之间进行数据拟合分析，从数据拟合分析的结果可看出，保证针塞曲面跳动0.03 mm的技术要求，该阶段的转速加工应控制在S3000、进给量控制在F0.04为最优，参见图7、图8；

对三个阶段采用的顶尖压力值：选择常规顶尖压力在0.5 Bar ~ 2 Bar之间进行数据拟合分析，从数据拟合分析的结果可看出，保证针塞曲面跳动0.03 mm的技术要求， 该阶段的顶尖压力应控制在1.6 Bar为最优，参见图9；

通过以上加工试验及数据分析，摸索出最佳的加工参数，见表一，对针塞型面数控车加工参数进行了优化和固化，以确保加工质量稳定。

采用本发明所述方法进行加工时，其细长杆特殊型面零件满足高精度要求，效果非常理想。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，任何未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (1)

1. 一种细长杆高精度特殊型面的加工方法，其特征在于：包括以下流程：下料、粗加工、去应力处理、半精加工、热处理、基准校正、精加工；其中，下料要提高原材料状态的质量，确定最佳硬度值；通过收集类似零件加工数据和对常规工艺流程的分析，确定影响针塞质量的主要因素和工序，调整工艺流程，在粗加工后，半精加工前增加去应力工序，消除在后续热处理工序中的机械加工残余应力的影响； 在精加工前，增加校准工序对加工基准进行校正，确保加工精度；对高精度曲面采用高精度的数控车床一次装夹加工，并使用进口刀具切削，摸索合理的加工参数，合理分配粗、精加工的余量，最终将细长杆特殊型面零件加工到符合技术要求的精度；

下料的原材料状态明确为冷拉状态，硬度大于HRC26；

定位基准在进行外圆磨削、车削曲面前增加研顶尖孔工序，要求保证顶尖孔对外圆跳动0.01max；

精加工为数控车，采用一端夹持外圆，另一端顶住顶尖孔进行加工，顶顶尖孔的压力调整到最小1.6bar,可将零件的变形减少到最小；粗车余量为0.5max, 精车余量为0.1max；采用形状为菱形、切削角度35°、切削表面有硬质合金CVD涂层最锋利的数控车型号为243#进口山特刀片，尖角R0.2max, 固化刀具；

针塞曲面车削分为3个阶段：去余量加工阶段为保证针塞曲面跳动0.03 mm的技术要求，转速加工应控制在S1800、进给量控制在F0.15为最优；

型面粗加工阶段为保证针塞曲面跳动0.03 mm的技术要求，转速加工应控制在S1600、进给量控制在F0.1为最优；

型面精加工阶段为保证针塞曲面跳动0.03 mm的技术要求，转速加工应控制在S3000、进给量控制在F0.04为最优；

这三个阶段采用的顶尖压力值为保证针塞曲面跳动0.03 mm的技术要求，顶尖压力应控制在1.6 Bar为最优。