加工中心磨削淬火件加工工藝探討

導語：加工中心磨削淬火件加工工藝探討一文來源于網友上傳，不代表本站觀點，若需要原創文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要:由于十字滑塊零件體積較大，重量較重，無法進行回轉磨削，因此十字滑塊零件內端面磨削是加工的難點，根據現有生產條件，采用NC800臥式加工中心、選用合適的磨料、改進將砂輪和刀柄連接方式，以及磨削參加工工藝的改進與創新及磨削參數優化后來加工其內端面，通過小批量零件試加工，發現加工效果良好，加工的尺寸公差、形位公差要求及表面粗糙度要求均符合產品圖紙要求。

關鍵詞:十字滑塊零件;內端面磨削;加工工藝;改進與創新

1十字滑塊零件加工難點

隨著煤礦行業機械化程度的迅速發展，乳化液泵站已成為煤礦設備的重要組成部分，十字滑塊零件是乳化液泵的關鍵重要零部件。在乳化液泵工作過程中，十字滑塊把曲柄連桿機構的旋轉運動轉化為柱塞的往復直線運動，承受著周期性變化的載荷是乳化液泵結構中容易發生故障的零部件之一。它的結構和性能很大程度上影響著乳化液泵的可靠性和壽命，因此，十字滑塊零件的加工質量對乳化液泵的正常運行起著十分重要。十字滑塊零件材料為馬氏體不銹鋼9Cr18，表面硬度較高，淬火后表面硬度達54～60HRC，滑塊其加工難點為小端φ50mm深20mm內端面，該內端面是裝配活塞的關鍵部位，垂直度要求為0．005mm、內壁同軸度0．012mm，表面粗糙度為0．2μm。由于端面及孔內壁有10mm槽，淬火后孔徑存在較大變形，無法滿足產品形位公差及表面粗糙度要求，需在熱處理后進行精加工，才能滿足其裝配要求。

2改進前的工藝方案

2．1高硬度陶瓷刀片車削加工

選用數控車削中心配用高性能陶瓷刀片對底端面和孔內壁進行車削，經加工試切后，發現內孔不但有錐度，由于端面和孔內壁有10mm槽，刀片不適用于斷續切削，刀片在加工到15mm的深度時刀尖已經磨損崩裂，加工的表面粗糙度很差，無法滿足到圖紙要求，證明用陶瓷刀片刀具不適合加工此零件。

2．2坐標磨床進行磨削加工

坐標磨床裝夾靈活，可以做到零件固定加工，磨頭工作，可以同時完成端面和內孔的精加工，較適用于此類零件的端面加工，決定改用坐標磨床進行磨削加工，但由于該零件高度超過機床的工作行程，也無法完成磨削加工。

3加工工藝的改進與創新

3．1設備及加工方法

因為滑塊大端面與外圓沒有較高的垂直度要求，在立式加工中心加工時，裝夾定位精度較差、排屑不暢，如采用臥式加工中心就可以克服這些缺點，不僅裝夾找正方便，靠冷卻液的沖擊能及時排出磨粒，借鑒坐標磨床的加工方法將砂輪裝到刀柄上像刀具一樣進行加工，用NC800臥式加工中心就可以完成十字滑塊零件內端面的磨削。

3．2裝夾方法

選用帶V型架組合夾具，其中V型架夾持大外圓限制工件四個自由度，定位塊限制工件1個自由度一共限制工件的五個自由度，這樣裝夾的優點是對中性好，重復定位精度高，X方向不受定位基準面直徑誤差的影響，而且零件裝夾方便。

3．3刀具材料的選用

由于零件材料為馬氏體不銹鋼9Cr18，表面硬度較高，淬火后表面硬度達54～60HRC，因此磨削內壁時選用鉻剛玉PA的平型砂輪，鉻剛玉適用于磨削韌性好的鋼件，精磨各種淬硬鋼件，磨出的工件表面粗糙度比白剛玉的要好(見圖3);磨削底端面時選用立方氮化硼CBN的碗形砂輪，立方氮化硼的磨輪主要用于磨削高硬度，高韌性的鋼材，況且自身硬度就高，適合徑向吃刀，效率也高(見圖4)。

3．4形位公差的確定

在磨削加工時，拉正外圓母線，全長范圍內表針變化為0．005㎜，用擺差表找正(見圖5)，確定小圓中心為X、Y坐標，Z坐標取小圓外端面。在底面與內孔見光后用三坐標得出結論為:垂直度0．009mm，同軸度為φ0．046mm，表面粗糙度為0．53μm。檢測基準都為大圓，檢驗結果說明這種方法具有可行性。3．4．1垂直度的保證磨削后的平面度對同軸度會有一定的影響，底面初次試加工時，選擇徑向吃刀量過大，會導致底面留有接刀痕，會影響到零件的垂直度要求。因此底面選擇的加工方案為粗磨－精磨，這樣可以保證其垂直度的要求。3．4．2同軸度的保證同軸度超差的原因有以下幾種可能，(1)小圓和大圓不同軸造成的，要保證大圓與小圓的同軸度，必須大圓與小圓在磨床一次裝夾同時加工完成，便可排除此種同軸度超差的可能性。(2)采用尋邊器對刀與擺差表找正對刀的比較(見圖6)，尋邊器找完的零點與擺差表找正出的零點在機床X方向幾乎不差，而在Y方向差了0．023mm，與三坐標檢測結果的數值和方向是一致的。斷定用尋邊器找出的零點要比擺差表找正圓得到的零點準確。如果把Y方向的偏差消除以后，同軸度在大圓與小圓的同軸度好的情況之下，應該合格。發現這一問題后，考慮擺差表在臥式加工中心盤圓與立式加工中心盤圓可能存在不一樣的地方，在立式加工中心使用時擺差表都向下朝一個方向，而在臥式加工中心擺差表在Y負方向失去支撐而存在低頭現象，找出的X軸零點正確，在Y方向存在偏差。尋邊器剛性比擺差表剛性強，在臥式加工中心找出的圓中心會更準確。

3．5磨削參數的優化及工藝方法的確定

采用此方法對后續滑塊零件進行磨削加工時，磨削過程比較順利，只是在個別零件粗磨內孔壁時，由于磨削深度太大，導致的內孔壁有燒黑現象，砂輪也有燒糊的現象(見圖7)。通過調整磨削參數改善磨削條件來改進:(1)減小磨削深度，每次磨削深度控制0．01～0．02mm之間，這樣還可以提高磨削表面粗糙度;(2)吃刀后增大進給速度f，以減少加工表面與砂輪的接觸時間，防止吃到瞬間熱量堆積，避免局部瞬間燒傷;(3)通過多次磨削發現保持高的進給速度有利于提高表面粗糙度，且磨削溫升控制較好，最終確定進給速度控制在200～300m/min;(4)盡可能提高砂輪轉速及磨削線速度，已適應較高的進給速度，現場所采用的NC800主軸極限轉速高達7500r/min通過磨削試切，選定主軸轉速為4500r/min，磨頭運轉平穩，機床主軸溫度控制良好，未出現過熱現象;(5)采用內外冷卻液和風槍冷卻，沖走從砂輪脫離的磨粒，可有效降低工件表面溫度和砂輪溫度，來避免燒傷;(6)及時修整砂輪，避免砂輪磨鈍后，磨粒在加工表面擠壓和摩擦起不了加工作用，而是磨削溫度升高及表面粗糙度差的現象。采用以上方案優化磨削參數后，燒糊現象得以克服。通過不斷的試磨和改進，最終確定工藝方法為:精磨底端面—粗磨內孔壁———精磨內孔壁，并進行小批量試加工。

4結論

通過加工中心的設備特性，選用合適的磨料、改進將砂輪和刀柄連接方式，以及磨削參加工工藝的改進與創新及磨削參數優化后，進行了小批量零件試加工，加工后送檢驗部門進行形位公差和表面粗糙度檢驗，檢驗結果如表1所示。可以看出磨削后表面加工質量均達到了圖紙要求，磨削表面良好，滿足了最終產品的裝配要求，后續整機試車，工作穩定，泵體總成狀態良好。通過在加工中心對十字滑塊零件內端面磨削工藝的改進與創新后，證明這種方法的可行性，尺寸可得控制，效果比較明顯，給加工帶來了極大的方便，更快捷、高效。對于尺寸較大，需要磨削加工，而不能在磨床裝夾加工的零件，可以嘗試采用該方法，因此為類似零件的加工提供了新思路及方案。

參考文獻:

［1］劉萬菊．數控加工工藝及編程［M］．北京:機械工業出版社，2016.

［2］蔡光起．磨削技術現狀與新進展．制造技術與機床［J］．2000，32(1):23-25.

［3］武友德，甯福貴．金屬切削原理［M］．北京:機械工藝出版社，2019.

作者：陳雪 單位：包頭職業技術學院 數控技術系