薄壁深孔高精度套筒的加工与测量

薄壁深孔零件加工难度大,特别是高精度套筒的加工更困难,我公司有一套筒零件如图1所示。设计要求严格,加工精度高,产品开发初期由外协加工,存在问题较多,无法满足产品正常运转需要,公司决定自制。

图1薄壁套筒

1工艺分析

该套筒为高速旋转零件,最高转速近20000r/min,设计要求动平衡极为严格,动平衡等级为G1级。外圆和各台阶孔同轴度越小越好,最好能控制在0.01之内。该件号为整体结构,台阶孔为深孔,最深孔近900mm,长径比接近13mm。深孔切削时,振动、让刀、排屑困难、不易散热等现象使得加工难度较大,并且测量深孔、深孔与外圆的同轴度也很困难。

由于是整体结构,毛坯料采用圆钢,加工前坯料重达127kg,加工后仅剩20kg,不到原重量的六分之一。大量的金属被切削掉,因此变形严重。

2工艺措施

针对以上问题,编制加工工艺时,从以下方面采取工艺措施。

·采用多次热处理处理,消除加工应力和变形。

·针对冷热加工交替,编制工艺时科学计算合理安排工序余量,使每道工序既留有余量,又不能余量太大,防止产生新的应力变形。

·深孔粗半精加工,采用我公司比较成熟的后导向扩孔,孔一层层的扩大,层层导向。导向扩孔克服了深孔加工的振动和孔中心的偏斜。导向扩孔刀如图2所示。

图2导向扩孔刀

·深孔的导向扩孔只解决了孔的粗半精加工,要保证该件号制造成功,还是要解决各台阶孔的精车精磨。加工深孔的基准是外圆,加工外圆的基准是中心孔。编制工艺时考虑到孔口较大,不易保证孔口的圆度,因此需要多次镶配闷头。粗车后两端配闷头,以闷头中心孔为准粗磨外圆,然后半精加工孔,半精加工孔后配闷头,然后半精磨外圆,时效后配闷头精磨外圆,最后精车孔,精磨孔。

·深孔车削时最大的问题是振动,防振减振为薄壁深孔套筒加工的关键。为此编制工艺采取以下几种措施。

▼专用刀座将深孔刀具的刀柄做成圆柱形,用专用刀座将刀柄固定在车床的中拖板上,可以大大提高刀具的刚性(见图3)。

图3刀座

▼采用减振刀杆精车孔时专门定做了防震结构的减振刀杆(见图4)。

图4减震刀杆

▼采用滚动中心架精车孔时为防止工件外圆与中心架的磨擦发热,应采用精密滚动轴承中心架。精车孔时冷却液要充分,防止工件发热引起新的变形。

▼合理选用刀具几何参数选用主偏角为90°的小圆弧半径的可转位刀片,尽量减小背吃刀力。

▼合理选用切削用量根据切削用量可转位刀片选用断屑性能好的槽形,保证深孔切削排屑顺利。

▼选用高精度数控车床要求数控车床径向轴向跳动小,导轨直线度好,抗震性好。

·深孔磨削

fd孔是配合孔,不仅精度要求高而且粗糙度低。我们采用加长磨头的深孔磨床加工,保证了尺寸精度和粗糙度。

·深孔测量

▼无公差要求的深孔尺寸,采用加长测量杆内径百分表测量。

▼有公差要求的深孔尺寸,采用加长测量杆的气动量仪测量。

▼外圆与孔的同轴度测量有三种方法:三座标测量法；车床找正外圆测量孔跳动测量法(见图5)；V形铁直线导轨测微头测量法。

图5车床找正外圆测量法

经过努力多次改进工艺,薄壁深孔高精度套筒加工获得成功。经过试车达到设计要求。

本文作者:郑州纺织机械股份有限公司宋改成陶伦根刘彦亭

原载:《工具技术》2006年第3期中国刀协第二届先进切削技术高层论坛论文集

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