CN113635002A - 一种解决金属零件小端面局部高硬度裂纹产生的加工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种解决金属零件小端面局部高硬度裂纹产生的加工方法，包括如下步骤：先对金属零件进行前期预加工，在完成前期预加工工序后，金属零件上预留有一定的加工余量；后对金属零件端面进行局部淬火，使金属零件硬度值达到设计要求；之后采用车削工艺去除三十分之二十九的加工余量，以减少金属零件下一步的加工难度；最后利用磨削工艺对金属零件进行精加工，去除剩余三十分之一的加工余量。本发明通过细化改进工艺流程，在满足设计要求的情况下，采用车削加工与磨削加工相结合的方式，尽可能的减小磨削加工量，从而进一步缩短磨削时间，将磨削过程中产生磨削裂纹的因素进行了排除，从而彻底排除了磨削裂纹产生。
Description
技术领域
本发明属于金属零件加工领域，尤其是涉及一种解决金属零件小端面局部高硬度裂纹产生的加工方法。
背景技术
金属零件中的进气门和排气门是柴油机的关重零部件，进气门和排气门开合的控制是通过进排气凸轮不停的对气门顶端滚动按压完成，对于高速柴油机，每次接触的瞬时冲击力非常大，所以需要气门顶端有较高的硬度和端面跳动来满足要求。为了保证金属零件具有较高等级的粗糙度和端面跳动的要求，一般通过磨削的加工方法来实现，而采用磨削加工方案后，由于磨削加工的效率较其它加工方法(车削、铣削)比较低，因此不利于提高金属零件的加工效率；而且在磨削加工过程中，进给量等控制参数不好控制，容易在加工接触面出现一个法相的压力，从而使砂轮与零件的磨削面太过紧密，导致冷却液不能浸入，在砂轮高速旋转磨削加工的过程中，实际加工面一直处于干磨状态，导致该区域温度升高，不能有效冷却，最终导致加工后的小端面产生“磨削裂纹”，影响金属零件的使用寿命。
现有的高硬度金属零件加工方式普遍采用磨削加工，不可避免的会出现磨削裂纹，一般均采用探伤检查的方式检测裂纹，一旦发现裂纹会导致整批金属零件追回报废，严重增加了生产成本，大大降低了交货效率，因此需要一种减少金属零件端面裂纹产生的加工方法。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种解决金属零件小端面局部高硬度裂纹产生的加工方法，以现有金属零件加工工艺过程中磨削加工时间过长导致裂纹出现的问题。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种解决金属零件小端面局部高硬度裂纹产生的加工方法，包括如下步骤：
S1、对金属零件进行前期预加工，在完成前期预加工工序后，金属零件上预留有一定的加工余量，加工余量为金属零件前期加工完成后金属零件预加工尺寸与金属零件设计尺寸的差值；
S2、对金属零件端面进行局部淬火，使金属零件硬度值达到设计要求，以满足金属零件的后续加工和使用需求；
S3、采用车削工艺去除三十分之二十九的加工余量，以减少金属零件下一步的加工难度；利用车削加工不受进给量及冷却影响产生裂纹的特性，对金属零件进行初步加工，减少金属零件的后续加工时间；
S4、利用磨削工艺对金属零件进行精加工，去除剩余三十分之一的加工余量，使金属零件尺寸及表面达到设计要求，完成金属零件的加工；剩余加工余量相对于总加工余量的占比小，磨削工艺加工时间缩短，消除磨削裂纹的产生机制，即干磨现象。
进一步的，所述车削工艺用车刀采用高硬度刀具。
进一步的，所述高硬度刀具采用陶瓷刀具。
进一步的，所述金属零件磨削工艺加工精度要求中金属零件端面的粗糙度为0.8μm，金属零件端面对轴线的跳动公差为0.03mm。
进一步的，所述金属零件进行前期加工中预留的加工余量为1.1-1.3mm。
进一步的，所述金属零件进行前期加工中预留的加工余量为1.2mm，车削工艺去除1.16mm的加工余量，磨削工艺去除剩余0.04mm的加工余量。
相对于现有技术，本发明所述的一种解决金属零件小端面局部高硬度裂纹产生的加工方法具有以下优势：
本发明通过细化改进工艺流程，进一步确定工艺参数，在满足设计要求的情况下，采用车削加工与磨削加工相结合的方式，尽可能的减小磨削加工量，从而进一步缩短磨削时间，将磨削过程中产生磨削裂纹的因素进行了排除，使其无论如何执行，都不会出现高硬度磨削区域长时间高温干磨的情况，从而彻底排除了磨削裂纹产生。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面将结合实施例来详细说明本发明。
一种解决金属零件小端面局部高硬度裂纹产生的加工方法，包括如下步骤：
S1、对金属零件进行前期预加工，在完成前期预加工工序后，金属零件上预留有一定的加工余量，加工余量为金属零件前期加工完成后金属零件预加工尺寸与金属零件设计尺寸的差值；
S2、对金属零件端面进行局部淬火，使金属零件硬度值达到设计要求，以满足金属零件的后续加工和使用需求；
S3、采用车削工艺去除三十分之二十九的加工余量，以减少金属零件下一步的加工难度；利用车削加工不受进给量及冷却影响产生裂纹的特性，对金属零件进行初步加工，减少金属零件的后续加工时间；
S4、利用磨削工艺对金属零件进行精加工，去除剩余三十分之一的加工余量，使金属零件尺寸及表面达到设计要求，完成金属零件的加工；剩余加工余量相对于总加工余量的占比小，磨削工艺加工时间缩短，消除磨削裂纹的产生机制，即干磨现象。
所述金属零件进行前期加工中预留的加工余量为1.1-1.3mm。通过采用车削工艺处理大部分的加工余量，有利于减少磨削加工的加工量和加工时间，降低磨削加工对金属零件的影响，防止干磨的发生，从而最大限度的降低裂纹的产生；而且通过采用车削与磨削相结合的方式，降低了对操作人员操作熟练度的要求，相比与纯磨削加工，先车削加工过程中对进给量的要求不高，控制难度角度，而后磨削加工过程中由于加工量和加工时间较短，操作人员更容易控制进给量和冷却，降低了操作人员的加工难度，使大批量金属零件在加工过程中更不易造成裂纹的产生，有利于提高金属零件的良品率和加工效率。
本发明提供的这种加工方法中，金属零件进行前期加工中预留的加工余量可以为1.2mm；对金属零件端面3.5-5.5mm的范围内进行局部淬火，使金属零件2.3-4.3mm范围内的硬度值达到57±3HRC，对于硬度为57±3HRC的金属零件部位进行加工，通常情况下，考虑到成本和加工效果，一般都采用磨削的方法进行加工，因为一般的车削、铣削，由于加工部位硬度太高而不能完成。而采用磨削加工方案后，由于磨削加工的效率较其它加工方法(车削、铣削)比较低，同时又要保证规定区域的硬度，因此，一般设计的最终磨削量也不会太大，例如本方案中金属零件加工最后的加工余量为1.2mm，1.2mm的加工余量可以有效满足后续加工，降低加工时间和加工量，且操作人员更不易出现加工失误。
实际加工过程中，车削工艺去除1.16mm的加工余量，磨削工艺去除剩余0.04mm的加工余量。通过分析磨削裂纹产生的根本原因，将原来的“磨削”一道工序1.2mm的磨削量，拆分为两道工序“车削”+“磨削”，先用车削去掉大部分加工余量，同时通过加工试验，确定合适的最终磨削量0.04mm，相比其他磨削量，0.04mm可以在加工时间和加工误差上达到平衡，在保证加工后粗糙度为0.8μm，端面对轴线的跳动公差为0.03mm要求的同时，可以有效避免出现冷却不到位而导致出现磨削裂纹的问题。
具体的，第一步，可将原来的1.2mm的磨削量，改为采用车削去除1.16mm。相比与磨削加工，车削加工不会受进给量和冷却影响而产生裂纹，但由于其加工部位硬度较高，一般车刀无法完成，因此，可采用能够加工高硬度材料的陶瓷刀具或其它刀具进行，虽然在刀具费用上，加工成本会有所提高，但是考虑到零件可能的不定期的大批量报废的成本，使用此类刀具仍然较为合适。
第二步，通过工艺试验，确定最终磨削量为0.04mm，继续采用磨削加工。由于此磨削加工余量很小，不管工人经验是否丰富，都会在很短的加工时间内完成，由此，该操作过程不会出现局部温度升高干磨的情况，从而彻底消除磨削裂纹的产生。
这种加工方法的关键点是：经过多次工艺试验验证，将形成最终尺寸要求的1.2mm的磨削加工量进行了分割处理，关键点是确定了加工方法及加工量分配，先车削1.16mm，最后磨削0.04mm。0.04mm的磨削量，在保证磨削后粗糙度为0.8μm，端跳为0.03mm的同时，由于该加工量很小，进而使得加工时间会很短，无论工人如何操作，都会在短时间内完成，避免了磨削面出现高温干磨的情况，也就避免了“磨削裂纹”的产生。
所述金属零件磨削工艺加工精度要求中金属零件端面的粗糙度为0.8μm，金属零件端面对轴线的跳动公差为0.03mm。通过采用此种粗糙度和跳动公差参数加工金属零件，可以有效降低金属零件在使用过程中裂纹的产生，有利于提高金属零件在使用过程中的安全性和可靠性，提高金属零件的使用寿命。
金属磨削裂纹的产生，一般都是在对高硬度表面磨削后发生的，而磨削裂纹的产生和磨削过程的关系是：高硬度金属磨削裂纹的产生一定是由于磨削过程参数控制不合理造成的；而磨削加工过程不一定会导致高硬度金属表面产生磨削裂纹，因此，要想在对高硬度金属的磨削过程中不产生磨削裂纹，一定是要制定合理的加工方法和参数。
本发明提供的这种加工方法，正是细致分析了金属零件中气门顶端磨削裂纹产生的根本原因，就是磨削加工过程中，加工参数控制不到位，影响变量不能有效控制，导致在某些情况下，发生了高硬度磨削区域长时间高温干磨，从而最终导致了磨削裂纹的产生。通过采用这种加工方法加工多批次金属零件的试验验证，金属零件已未再出现磨削裂纹的问题，充分证明了该方法对于解决金属零件中气门顶端磨削裂纹产生的有效性。
本发明通过细化改进工艺流程，进一步确定工艺参数，在满足设计要求的情况下，采用车削加工与磨削加工相结合的方式，尽可能的减小磨削加工量，从而进一步缩短磨削时间，将磨削过程中产生磨削裂纹的因素进行了排除，使其无论如何执行，都不会出现高硬度磨削区域长时间高温干磨的情况，从而彻底排除了磨削裂纹产生。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种解决金属零件小端面局部高硬度裂纹产生的加工方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、对金属零件进行前期预加工，在完成前期预加工工序后，金属零件上预留有一定的加工余量，加工余量为金属零件前期加工完成后金属零件预加工尺寸与金属零件设计尺寸的差值；
S2、对金属零件端面进行局部淬火，使金属零件硬度值达到设计要求，以满足金属零件的后续加工和使用需求；
S3、采用车削工艺去除三十分之二十九的加工余量，以减少金属零件下一步的加工难度；利用车削加工不受进给量及冷却影响产生裂纹的特性，对金属零件进行初步加工，减少金属零件的后续加工时间；
S4、利用磨削工艺对金属零件进行精加工，去除剩余三十分之一的加工余量，使金属零件尺寸及表面达到设计要求，完成金属零件的加工；剩余加工余量相对于总加工余量的占比小，磨削工艺加工时间缩短，消除磨削裂纹的产生机制，即干磨现象。
2.根据权利要求1所述的一种解决金属零件小端面局部高硬度裂纹产生的加工方法，其特征在于：所述车削工艺用车刀采用高硬度刀具。
3.根据权利要求2所述的一种解决金属零件小端面局部高硬度裂纹产生的加工方法，其特征在于：所述高硬度刀具采用陶瓷刀具。
4.根据权利要求1所述的一种解决金属零件小端面局部高硬度裂纹产生的加工方法，其特征在于：所述金属零件磨削工艺加工精度要求中金属零件端面的粗糙度为0.8μm，金属零件端面对轴线的跳动公差为0.03mm。
5.根据权利要求1所述的一种解决金属零件小端面局部高硬度裂纹产生的加工方法，其特征在于：所述金属零件进行前期加工中预留的加工余量为1.1-1.3mm。
6.根据权利要求5所述的一种解决金属零件小端面局部高硬度裂纹产生的加工方法，其特征在于：所述金属零件进行前期加工中预留的加工余量为1.2mm，车削工艺去除1.16mm的加工余量，磨削工艺去除剩余0.04mm的加工余量。
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