铸铝件深孔加工中的问题与铰挤复合刀具[1]_图文

1、收稿日期 :2009年 1月 铸铝件深孔加工中的问题与铰挤复合刀具 王晓霞成都航空职业技术学院底筒是摩托车上减震器的关键零件 , 零件的内 孔精度及表面粗糙度要求较高 , 且孔的长径比接近 10, 属于 深孔 , 加工 难度较大 , 不易保证 加工质量。 现以 WS250减震器底筒内孔表面加工为例 , 分析其 加工中出现的特殊问题 , 针对此类问题进行了工艺 研究 , 并说明了用于加工该类零件的铰挤复合刀具 的设计过程。1零件内孔加工工艺安排WS250减震器底筒零 件材料为 铸铝 ZL107, 零 件主要尺寸、 技术要求如图 1所示。由图 1可知 , 孔 径 34mm, 孔深 298mm, 为

2、典型的深孔加工 , 加工精 度和表面粗糙度要求较高。根据零件材料性能和加 工要求 , 制定出 34+0. 04mm 孔的加工工艺路线为 :定径引导底孔 扩孔 精铰孔。上述工作内容需利 用一 道 工 序 在 一 次 安 装 中 进 行。 选 用 型 号 为 CKM6140的 机 床 进 行 孔 加 工 , 这 种 机 床 是 在 原 C6140车床上加模块 进行改造而成 , 它具有 半自动 加工功能 , 强力液压尾架可自动进给 , 无级调速 , 工 件自动夹紧 , 并设有专门的冷却系统和过滤装置 , 比 较适合于深孔加工。图 1WS250减震器底筒零件图(1 定径引导与底孔加工为保证铰孔与台阶孔

3、 46+0. 04mm 、 37+0. 04m m 同轴度 , 在加工台阶孔时同时制造出底孔导向段 , 底 孔导向段直径 33-0. 02m m, 长度 70mm 。底孔加工使 用刀具为硬质合金单刃扩孔钻 , 为了便于排屑 , 在主 切削刃上制有 R =018mm 的卷屑槽 , 在刀体上制有 170b 大容屑槽 , 在大流量冷却液冲入时 , 切屑能顺利 排除 ; 副切削刃上制有 215-3mm 的刃带 , 较好地保 证了扩孔孔径尺寸的一致性 ; 切削用量取 n =530r/ min, V f =300mm/min; 切削液选乳化液 ; 刀片材料选 YG8, 刀片型号为 E530; 导条材料为

4、YG8; 导条型号 F207。(2 扩孔用扩孔锪钻扩孔 , 使孔的 尺寸达到 3317-0. 02 mm, 同轴度为 0103mm 。(3 深孔铰削采用如 图 2所示的硬质 合金铰刀铰削 加工底 孔 , 采用乳 化液 冷 却 , 刀片 材料 YG8, 刀 片型 号为 E330, 铰削加工仍在 CKM6140机床上进行。图 2硬质合 金铰刀2铰削过程产生的主要问题(1 铰刀刚切入工件时 , 刀具强烈震动 , 发出嚣 叫声 , 孔口在 10-20m m 处出现喇叭口 , 孔壁表面粗 糙度达不到要求 , 一些零件表面有划痕。(2 孔径尺寸不稳定 , 试切的 50件孔径尺寸分 布情况如图 3所示 ,

5、从图 3中孔径分布曲线可以看 出孔径尺寸不稳定的范围在 0106mm 左右 , 这个范 围已经超出零件精度所规定的要求。3铰削质量影响因素分析试切前排除了预计会对铰孔产生不利影响的因 1212009年第 43卷 l 9 图 3试切零件孔径分布(1 测 试 夹 具 与 主 轴 的 同 轴 度 , 并 控 制 在 0101m m 以内 ;(2测试液压尾架与主轴同轴度 , 控制在 0101/ 400内 ;(3 测试刀杆同轴度 , 控制在 0101mm 以内 ;(4筛选零件毛坯 , 选择毛坯余量均匀 , 无铸造 缺陷的试件 ;(5 优化切削用量参数等。因此 , 可以基本认定 , 产生以上问题的主要原因

6、 是铰刀。分析图 2所示的铰刀 , 主要问题有 :(1 主切削刃引导性不好 , 无法补偿切削过程中 各种因素造成的刀具与底孔偏心的综合误差 , 致使 铰刀入口时震动嚣叫并造成喇叭口 ;(2容屑空间不足 , 致使切 屑有时划伤内 孔表面 ;(3切削刃上后角过大 , 为 12b ; 挤光刃很小 , 为 011mm, 使刀具刚度降低 , 嵌制作用差 , 甚至 出现负 刚度而引起 /啃刀 0现象 , 从而导致铰出的内孔表面 光洁度不好。因此要想改善加工精度及表面质量 , 就必须改 进刀具 , 在改进刀具的引导性和提高刚度、 增加刀齿 嵌制作用上想办法 ; 至于孔径不稳定的产生原因 , 除 了以上因素外

7、 , 应该与零件材料特性有很大的关系。 因为 , 对比实验表明 , 使用同样的刀具加工同样结构 的钢件时 , 零件尺寸基本稳定 , 而加工铸铝件则稳定 性很差。通过对铸铝、 钢管材料特性所做比较分析 , 不难发现其主要原因是材料弹性模量的区别 , 钢的 弹性模量 Z =21103(mm 3/Kgf, 而铝的弹 性模量 Z =7103(mm 3/Kgf , 仅为钢的三分之一。由于铝 材的弹性模量远小于钢材 , 所以铝件的弹性后效很 大 , 几乎是钢的三倍 , 在铰削发生的变形中 , 弹性变 形比重很大 , 加工后弹性回复较大 , 从而造成加工孔 径尺寸不稳定。基于以上分析 , 要解决铰削过程中

8、的上两个问题 , 就需适当加大塑性变形的比重 , 从而 4改善铰削质量的主要措施(1 在主切削刃上制出一定长度的引导段 , 以减 少甚至避免出现喇叭口 ;(2 减少齿数。可增大铰刀容屑空间 , 避免过量 的切屑划伤内孔表面 , 降低表面粗糙度 ;(3 在副切削刃上制出较宽的挤光刃带 , 一是可 以提高刀刃刚度 , 避免啃刀现象发生 ; 二是可以增加 挤压、 熨压效果 , 加大塑性变形比重 , 减小材料的弹 性后效 , 从而提高尺寸稳定性。经优化设计 , 改进后的铰刀如图 4所示 , 它的主 要特点是铰刀的主切削刃上制出了引导段 3-0. 15 45b (受零件结构限制 , 在铰刀的副切削刃上制

9、出挤 光刃 , 挤光刃带 3? 0102mm, 齿数由原来 6齿改为 4齿。刀片材料为 YG6X, 使用图 4所示的铰挤复合刀 具 , 按上述切削参数 , 对 W250底筒进行试切。首先 确定铰挤后孔径扩、 缩量 $, 实验表明 , 经铰挤的孔 径扩缩量 $=01030104mm, 因此决定刀具主切削 刃的直径为 34108-0101, 进 行小批量 试验 , 试切的 零件符合图 1所示的零件要求 , 孔径 34+0. 04mm, 同 轴度 0104m m, 表面 粗糙度 R a 012L m, 产品合格率达 90%以上。图 4铰挤复 合刀具5结语由于铸铝材料的弹性模量很小 , 致使加工弹性 变形较大 , 产生较大的弹性回复 , 而使加工后零件的 尺寸精度较低 , 因