細(xì)長活塞桿零件,，是工程汽車吊里伸縮臂上用的細(xì)長活塞桿,，是一個(gè)關(guān)鍵零部件,。由于它比較長,，尺寸精度及表面質(zhì)量要求又高,，加工的困難是相當(dāng)大的,。作者經(jīng)過多年的摸索,，試加工,，無數(shù)次的失敗,。終于摸索出加工該類產(chǎn)品的一整套完整,、成熟工藝，供各位同行參考,。
一,、問題的提出
在車工工藝學(xué)里,當(dāng)工件長度和直徑之比大于25(L/D>25)就構(gòu)成了細(xì)長軸,，而本文所述的活塞桿的長度和直徑之比遠(yuǎn)大于此數(shù)(L/D達(dá)到70多)，俗話說：“車工怕細(xì)和長”,。由于細(xì)長軸本身剛性差,，車削時(shí)因切削力、切削熱和振動(dòng)等因素的影響,，加工起來相當(dāng)困難,，在車削中，會(huì)出現(xiàn)相當(dāng)多的麻煩：（1）工件受切削力,、自重和旋轉(zhuǎn)時(shí)離心力的作用,，容易產(chǎn)生彎曲、振動(dòng)等情況,，嚴(yán)重影響其圓度,、圓柱度、尺寸精度以及表面粗糙度等,。（2）在切削過程中,，工件受熱伸長產(chǎn)生彎曲變形，易產(chǎn)生錐度,、腰鼓形,、麻花
圖1（A） 活塞桿生產(chǎn)用圖
形和竹節(jié)形等缺陷，使切削過程中出現(xiàn)很多不可預(yù)測的問題,。所以車削細(xì)長軸時(shí),，看似簡單，但對(duì)刀具,、機(jī)床精度,、輔助工具和切削用量的選擇及對(duì)操作者的經(jīng)驗(yàn)均有較高的要求。
二,、問題的分析
加工如圖1的活塞桿,，主要需要解決的問題是（1）￠70 dc3外圓尺寸精度和表面粗糙度。在粗車和半精車削時(shí),，由于工件剛性差,，車削過程中易引起振動(dòng)，使圓度和圓柱度超差,，直接影響到精車的順利進(jìn)行,，（2）刀具耐磨性不好時(shí)（如用高速鋼作寬刀刃時(shí)）車至3000—3500mm時(shí)，刀刃已顯磨鈍,，使外圓尺寸變化過大,，容易產(chǎn)生扎刀現(xiàn)象，表面粗糙度值達(dá)不到技術(shù)要求,。從微觀上看,，有凹坑和凸棱,，使密封圈較快磨損，降低了使用壽命,，直接影響到整機(jī)性能上承諾的平均無故障工作時(shí)間,。所以要解決好上述問題，就必須解決好加工工藝問題,，解決好刀具材料問題,，解決好￠70dc3 的尺寸精度問題和￠70dc3外圓的表面質(zhì)量問題,。
三,、問題的解決（加工工藝）
在車床加工這樣的活塞桿。我主要采用了以下加工工藝,。
檢查：檢查毛坯尺寸,，看是否符合毛坯尺寸要求。
校直：這是非常重要的一道工序,。它直接影響到加工過程的順利進(jìn)行及加工后的產(chǎn)品質(zhì)量(加工后活塞桿的直線度),。此工序在自制的校直機(jī)上進(jìn)行。要求在兩支點(diǎn)支承,，毛坯在自由狀態(tài)下在全長的范圍內(nèi)圓跳動(dòng)在1.5mm以下,。
粗車：用四爪卡盤一頂一夾裝夾，夾持毛坯的外園上套上一個(gè)開口的￠5的鋼絲圈,，這樣使毛坯與卡爪之間形成線接觸,，起到萬向調(diào)節(jié)作用，以免裝夾時(shí)形成過定位的現(xiàn)象（如圖2） ,。后頂針最好采用彈性頂針頂持,，較正工件中間的過渡套，使其圓跳動(dòng)0.3mm,，上母線,、側(cè)母線與導(dǎo)軌的平行度在0.30 mm內(nèi) [url=]（見圖3示意圖）[/url]。車削時(shí)采用從床頭往床尾方向車削,，這樣,，軸向切削分力與正走刀相反，使工件切削時(shí)工件承受了軸向拉力,，對(duì)減小振動(dòng)和彎曲變形,，克服細(xì)長軸加工時(shí)常出現(xiàn)的缺陷有好處。
圖3過渡套的使用
跟刀架要采用三爪形式的跟刀架,，以減少工件振動(dòng)和變形,，提高加工精度彌補(bǔ)因工件剛性不足所引起的種種弊端。支承爪的
材料以QT60-2球墨鑄鐵為宜,，因?yàn)殍T鐵耐熱性,、耐磨性好,，又不會(huì)刮傷工件表面，且能吸收振動(dòng),。不要用銅爪和鋼爪,，因?yàn)殂~爪易磨損，鋼爪易與工件 “咬死” ,，支承爪與跟刀架支柱為過盈配合,不得有松動(dòng)的現(xiàn)象,，支承爪伸出長度應(yīng)小于與跟刀架內(nèi)孔配合長度的二分之一，支承爪與工件接觸面積應(yīng)超過80%,，而且它的圓弧半徑應(yīng)與工件圓弧相一致,最好能按照下述方法進(jìn)行修磨：在靠近卡盤處將工件粗車一段,長度大于支承爪的軸向?qū)挾�,，直徑與工件要求尺寸相同或稍大于工件成品尺寸0.1--0.2毫米，表面粗糙度值為Ra6.3以下,工件以300轉(zhuǎn)/分的速度旋轉(zhuǎn),，分別將三個(gè)支承爪逐步壓向工件表面進(jìn)行研磨,不允許用冷卻液沖掉研磨下來的粉末,，在磨合2--3分鐘后再加機(jī)油進(jìn)行研磨，即可使用,。使用時(shí)要重新調(diào)正支承爪,，使其與工件輕輕貼合。跟刀架底面與拖板接觸面應(yīng)進(jìn)行研合,，跟刀架應(yīng)裝在車刀后邊1.5--2毫米處,，車刀軸向切入工件20--30毫米時(shí),應(yīng)迅速先外側(cè)、后上側(cè)將支承爪與工件已加工表面接觸,，切削過程中,，因?yàn)闄C(jī)床導(dǎo)軌磨損不均會(huì)引起跟刀架上支承爪對(duì)工件的壓力變化，但外側(cè)支承爪不得任意調(diào)整,。為了減少跟刀架與工件的摩擦,，車削過程中，要自始至終澆注充分的冷卻潤滑液（乳化液）,。車削時(shí)工件熱伸張比較嚴(yán)重,，容易引起彎曲變形和振動(dòng)。如果不是采用彈性頂針時(shí),，要隨時(shí)注意調(diào)整尾座頂尖的松緊程度,，頂尖的松緊以手指捏住時(shí)即停止轉(zhuǎn)動(dòng),手指松開時(shí)頂尖即靈活轉(zhuǎn)動(dòng)為宜。大約在走刀長度500毫米左右時(shí)就需要檢查一次,，以防止工件由于產(chǎn)生軸向熱伸張引起的彎曲變形,。尾座頂尖千萬不可頂死。 ! W: [* _6 N1 P8 k. Z5 v+ j5 K
刀具的選擇：車削此細(xì)長活塞桿的￠70 dc3外圓時(shí),，選擇如圖4所示的主偏角為75°的左偏刀進(jìn)行粗車,，車削細(xì)長軸時(shí)，對(duì)工件來說總希望盡量減少徑向力，但又希望保持一定的徑向切削力,，將工件壓緊在跟刀架支承爪上,。所以選擇主偏角為75°左偏刀較為合適，同時(shí)刀頭強(qiáng)度也較好,。后角采用雙重后角,，利于消振，而又不易崩刃,。前角稍取大一些,，約15°至20°，使切削輕快,，減少切削力,，減少切削變形。刃口處磨有0.1至0.2寬,、0°至-5°的負(fù)倒棱,，增加刀刃的強(qiáng)度，還修磨有0.2—0.3mm的過渡刃,。前、后刀面要用油石研磨,，盡可能降低表面粗糙度值,以利于提高刀具的耐用度,。車刀刀片的牌號(hào)采用常見的YT15硬質(zhì)合金。切削用量的選擇為轉(zhuǎn)速n=300轉(zhuǎn)/分左右,，不能過高,，過高會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)等不良現(xiàn)象，轉(zhuǎn)速過低效率會(huì)低,，沒效益,。進(jìn)給量f=0.3--0.4mm/轉(zhuǎn)，切削深度ap=2mm,。粗車時(shí)主要控制好外圓的形狀公差,，形狀公差控制不好，對(duì)后工序加工將會(huì)造成非常不利的影響,。
半精車：采用的裝夾方法,、切削方法和刀具與粗車基本一樣。切削用量方面,，切削深度ap=1mm左右,，留精車余量約為0.1至0.2mm左右。進(jìn)給量f=0.2--0.3mm/轉(zhuǎn),。關(guān)鍵要控制圓度,、圓柱度要符合圖紙要求。表面粗糙度為Ra6.3,。
圖4 75°車刀
精車：精車首先要重新研磨跟刀架上的三個(gè)卡爪,，采用跟刀架在前,，刀具在后的切削形式，以便于測量尺寸,，減小半精車時(shí)形狀誤差對(duì)精車的影響,。采用寬刃刀車削。刀具形狀和角度如圖5所示,。 寬刃刀刃口兩端各有一個(gè)8°的角度并與主切削刃用R10園弧聯(lián)接,，起到切入工件時(shí)有一個(gè)緩沖和防止刀具兩端尖角扎入工件的作用。前角取25°至30°的較大前角,，后角取5°到8°使刀具鋒利,。前、后刀面要用油石研磨,，盡可能降低表面粗糙度值,以利于提高刀具的耐用度和降低表面粗糙度,。刀具材料采用硬質(zhì)合金YG6或YG8，選用的理由是因?yàn)樵摵辖鹩休^好的硬度,、韌性和耐磨性（相對(duì)于高速鋼）,，而且容易磨得鋒利。不容易產(chǎn)生崩刃現(xiàn)象,。如果采用高速鋼刀具,，耐磨性不夠好。車至3000mm左右時(shí)因刀具磨損而產(chǎn)生尺寸變化,。采用YT15刃口容易產(chǎn)生崩刃現(xiàn)象（微觀狀態(tài)下觀察）,。切削用量的選擇是：切削速度n=8－12轉(zhuǎn)/分。進(jìn)給量f=10－15mm/轉(zhuǎn),。要控制好切削深度,，使尺寸符合￠70-0.076-0.03的公差范圍之內(nèi)，表面粗糙度Ra1.6－0.8,。
圖5 寬刃刀
滾壓：在車床上應(yīng)用滾壓工具在工件表面作相對(duì)滾動(dòng),，并施加一定壓力。強(qiáng)行滾壓,。使金屬表層產(chǎn)生朔性變形,。修整工件表面的微觀幾何形狀。降低表面粗糙度,，提高工件表面硬度,、耐磨性和抗疲勞強(qiáng)度。是一種經(jīng)濟(jì)的,、較易獲得較低表面粗糙度值的一種加工方法,。本人在加工這種活塞桿時(shí)。由于無法用外圓磨床進(jìn)行加工，所以表面的最后光整加工采用了滾壓加工方法,。由于工件是細(xì)長桿,，工件剛度較小，故采用鏡博士外徑型滾壓刀的方式滾壓,，這樣可使?jié)L壓力相互低消,，工件不受到勁向力的影響。滾壓工具見圖6,。 在滾壓加工過程中要注意考慮以下幾個(gè)問題：滾壓力,、滾壓過盈量、
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圖6 單個(gè)滾壓工具
進(jìn)給量,、滾壓次數(shù),、滾壓速度、工件的原始條件和切削液等,。
圖8 三點(diǎn)滾壓示意圖
滾壓力F
滾壓力是滾壓過程中最重要的工藝參數(shù),，它是滾壓加工時(shí)滾壓工具對(duì)工件的壓力。但在滾壓過程中,，起決定作用的不是滾壓力的總值,，而是滾力和與滾壓工具和工件之間實(shí)際接觸面積A的比值，即單位滾壓力P,。
P=F/A
P的大小直接關(guān)系到工件表面的變形程度,，因而影響壓光后的表面粗糙度和冷硬程度。合理確定滾壓力是比較復(fù)雜的,，因?yàn)闈L壓力與各種滾壓參數(shù)都有關(guān)系。一般來說,，工件材料的硬度越高,，原始表面粗糙度越高，滾壓元件工作型面曲率半徑越大,，進(jìn)給量越大,，滾壓力也相應(yīng)增大。這也是本人在細(xì)長軸滾壓時(shí)采用鋼球式滾壓而不采用滾輪或滾柱滾壓的依據(jù)之一,。同時(shí),，滾壓力的確定還要受工件的尺寸、結(jié)構(gòu),、以及工藝系統(tǒng)剛性等條件的限制,。由于金屬組織的不均勻性和塑性變形的不均勻性，以及工件表面微觀不平的差別,，按理論計(jì)算的滾壓力與實(shí)際有一定出入,。我采用的辦法是用試驗(yàn)方法來確定滾壓力。比較直觀的辦法是用調(diào)節(jié)滾壓過盈量來控制滾壓力的大小。
滾壓過盈量i
工件外圓滾壓過盈量的一半是滾壓元件壓入工件表面的深度,。ī是由兩部分組成的,，i/2=e/δ。
式中e-------工件被滾壓表面半徑方向上的彈性變形量（mm）,；
δ——工件的塑性變形量（mm）
e和δ的大小均與材料的性能有關(guān),。在實(shí)際滾壓加工時(shí)，一般不用計(jì)算方法,，而用行程試驗(yàn)法,，即利用工件的一小段或?qū)ｉT的試驗(yàn)用工件，逐漸加大滾壓力進(jìn)行3－5次試驗(yàn),，隨時(shí)檢查滾壓質(zhì)量,，合理選擇滾壓過盈量。
進(jìn)給量f
進(jìn)給量也是關(guān)系滾壓質(zhì)量的重要工藝參數(shù),。一般應(yīng)根據(jù)工件材料,、形狀，滾壓元件和工件技術(shù)要求而確定,。進(jìn)給量f過大工件表面粗糙度高（尤其是采用鋼球滾壓時(shí)）,。 F過小,，工件表面內(nèi)重復(fù)滾壓,，容易產(chǎn)生疲勞裂紋，也會(huì)降低滾壓質(zhì)量,，一般采用f=0.1—0.25mm/轉(zhuǎn),，滾壓次數(shù)以1－2次為宜。
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