细长轴的加工

细长轴的加工（精选6篇）

细长轴的加工 篇1

1 细长轴的结构和加工特点

1.1 刚性差

由于工件长径比大, 刚性较差, 车削时易引起振动和弯曲变形, 尺寸精度和表面粗糙度较难保证。

1.2 热变形大

由于细长轴在车削时散热差, 线膨胀大, 当工作两端顶起时易产生弯曲变形, 而弯曲工件旋转时所产生的离心力, 会加剧弯曲变形。

1.3 刀具磨损大

细长轴加工时, 切削用量小, 加工时间长, 刀具磨损大, 因而增大了工件的形状误差。

2 细长轴的装夹方法

2.1 两顶尖间安装细长轴

这种装夹方法没有装夹定位误差、容易保证工件的同轴度, 但车削刚性差, 容易产生振动, 因而只适宜于长径比不太大, 加工余量小, 需要多次以两端顶尖孔定位来保证同轴度的工件加工。

2.2 一夹一顶装夹细长轴工件

在软件三爪上车出一条宽度为3—5mm的环形凸带 (或在工件上绕一圈细钢丝) , 用以夹紧系长轴工件的一端, 另一端用后顶尖支承。这种装夹方法可以使系长轴工件在自由状态下定位夹紧, 定心精度高, 可以克服三爪夹紧产生弯斜和限制四个自由度造成定心精度差的缺点。

2.3 一夹一拉装夹细长轴工件

两顶尖装夹和一夹一顶安装长轴工作, 都不能削除中因热变形所产生的轴向伸长, 从而导致工件弯曲变形。一夹一拉装夹细长轴工件时, 工件在车削过程中始终受到轴向拉伸作用, 并可用尾座手轮调整拉伸量, 因而减少了细长轴车削时的弯曲变形。这是加工细长轴工件较理想的装夹方法之一。

2.4 使用中心架和跟刀架装夹细长轴

2.4.1 中心架的使用

把中心架安装在细长轴工件中间, 能增强工件车削是的刚性一倍以上。但中心架不能直接安装在工件的粗基准跳动量很大的细长轴上, 可以用过度套同安装细长轴的方法, 使卡爪不直接与毛坯料表面接触。安装中心架不能一次车削细长轴工件的全长, 所以适于精度要求不高火油多台阶的轴类尖加工。

2.4.2 跟刀架的使用

加工细长轴通常采用3支承爪跟刀架。通过3个支承爪和车刀抵住工件, 使其上、下、前、后都不能径向移动, 工件刚性得到提高, 有效的承受了径向切削刀, 使细长轴的切削加工顺利而平稳。

2.4.3 跟刀架的修磨

跟刀架的支承爪与支柱应配合紧密, 不得松动, 支承爪的材料一般为aa火钢 (前端夹青铜、硬质合金) 或为普通铸铁、尼龙1010。支承爪与工件加以修磨。起修磨方法一两支承爪呈90。并能作相对垂直移动的跟刀架为例说明如下:使用跟刀架前, 在靠近卡盘或靠近顶尖处将工件表面粗车一段 (长约45~60mm) , 表面粗糙度Ra值为10~20um, 不得太光。让工件以400r/min左右的转速转动, 将支承爪逐步压向工件表面研磨, 顺序是先外侧爪, 不加冷去润滑液, 使支承爪与工件已加工的这一段表面反复进行研磨, 直至弧面全面接触为止;然后用冷却液冲掉粉末, 再研磨2~3min即可使用。

2.4.4 跟刀架的调整

修好跟刀架支承爪, 选择好切削用量后开始粗车。车刀切入工件后, 随即调整跟刀架的螺钉, 在进给过程中轴向切入月20~30mm时, 迅速地先将跟刀架外侧支承爪与工件已加工表面接触, 再将上侧支承爪接触, 最后拧紧紧固螺钉。

3 合理选择径车刀的几何角度

车削细长轴时, 由于工件刚性差而对振动非常敏感, 如果车刀的几何形状和角度选择不当, 显然不能取得良好的效果。

3.1 选择车刀几何角度是主要考虑一下几点

3.1.1 为减少系长轴的弯曲变形, 车刀的主偏角Kr=80度~93度, 以减小径向切削分力。

3.1.2 为减小切削力, 选择大前角γo=15度~30度。

3.1.3 车刀前面应磨有R1.5~3mm的断屑槽, 使切屑卷面折断。

3.1.4 采用正的刃倾角, 取λs=3度~10度, 使切屑流向待加工表面。

3.1.5 刃口表面粗糙度要小 (Ra<0.4μm) , 经常保持锋利, 且能提高车刀的耐用度。

3.1.6 刀尖圆弧半径γs<0.3mm, 刀刃的倒棱宽度应选得较小, 约为进给量的一半 (0.5f) .

3.2 车刀的安装

采用90细长轴车刀粗车, 安装车刀应略高于工件轴线, 使车刀后面与工件有轻微接触, 以增加切削的平稳性。由于90偏刀在纵向进给过大时易“扎刀”, 可将刀尖向右偏转2左右, 即可克服“扎刀”现象。

3.3 精车细长轴切削用量的选择

采用YT15硬质合金车刀, υc=60~80m/min, Aρ=0.3~0.5mm, f=0.1~0.2mm/r.采用宽刃车刀进行薄屑精车细长轴工件时:v6υ=1.5m/min, Aρ=0.02~0.5mm, f=12~14mm/r.

3.4 细长轴车削中常见的质量问题及解决办法

3.4.1 弯曲产生的原因和解决办法, 前面已有叙述。

3.4.2 锥度

产生锥度的主要原因是由于顶尖和主轴中心不同或刀具磨损。解决的办法是按前面调整机床尾座的方法调整机床, 选用较好的刀具材料和采用合理的几何角度。

3.4.3 中凹度

细长轴产生中凹就是两头大、中间小现象, 影响工件直线度要求。产生中凹的主要原因是刀架外侧支承爪压得太紧, 在靠近后顶尖或车头处, 因刚性钢强, 支承爪顶部过来, 故两头直径达;刀工件中间时, 刚性相对较弱, 支课程爪就从外侧顶过来而使吃刀变深, 于是产生了中凹度。其解决方法主要是跟刀架外侧支承爪与工作表面接触事适宜, 不要过紧或过松。

3.4.4 竹节形

竹节形式工件直径不等或表面等距不平的现象。产生这种现象的原因主要还是由于跟刀架外侧支承爪和工件接触过紧 (或过松) , 或者由于顶尖精度差而造成的。在撤销工件时, 支承爪接触工件过紧, 将把工件顶向刀尖, 从而增加了吃刀深度, 使此工件直径变小。由于工件直径变小产生了间隙, 当跟刀架行进到此处, 切削时的景象力有吧工件推到和跟刀架支承爪接触, 在这一过程中工件直径又变大。当跟刀架在行进带刺出事又会把工件推向刀尖, 从而又使直径变小。这样不断重复, 有规律地变化, 使工件至今还一段大、一段小, 形成竹节形。其解决办法, 首先是选用精度较高的活尖兵采取不停车敢刀的方法, 在进给的过程中, 先轴向切入约20~30mm, 如出现竹节形则应退刀, 停止进给;然后松开跟刀架, 采用宽切削刃刀具和打进给量的方法, 对已经出现竹节形的部位再进行1~2加工行程, 即可消除。消除之后重新调整值承爪, 进行正常的进给车削。

3.4.5 振动波纹

振动波纹是进给过程中工件外圆出现的径向多棱或椭圆状态, 由此将引起振动。其产生的原因是跟刀架紧固不好, 支承爪弧面接触不良, 上侧支承爪压得太紧使工件下垂, 造成外侧支承接触产生变化。其次是顶尖轴承松动或不一圆, 在开始吃刀时就有振动或椭圆所致。其解决方法:检查跟刀架紧固部分, 修整支承爪弧面;选用结构合理、精度较高的活顶尖;跟刀架上侧支承爪轻轻接触工件表面, 不要压得太紧。开始出现振动波纹, 就要和出现竹节形现象一样, 重新修整, 待消除之后, 再进行正常的进给车削。S

参考文献

[1]中国机床工具工业协会行业发展部.CIMT2001巡礼[期刊论文].世界制造技术与装备市场, 2001 (3) :18-20.

[2]刘春利, 杨建芳, 刘胜永, 赵红梅.提高经济型数控车床车削精度的研究[期刊论文].煤矿机械, 2008 (7) .

[3]姜志宏, 张晓莉.CK6142数控车床经济切削状态下零件圆度圆柱度加工精度实验研究[期刊论文].机械设计与制造, 2008 (3) .

车削加工细长轴的工艺改进研究 篇2

鹤壁职业技术学院加工的高精度的细长活塞杆 (长径比L/d>70) 、细长挠动轴 (长径比L/d>65) 等零件, 都属于较难加工的细长轴。

在加工时发现活塞杆 (长径比L/d=76) 的形状精度出现了误差, 如图1所示。

同样, 挠动轴 (长径比L/d=69) 的尺寸精度和形状精度也很容易产生误差, 如图2所示。

2原因分析

2.1 加工工艺和刀具材料

工件受切削力、自重和旋转时离心力的作用, 容易产生弯曲、振动等情况, 弯曲变形引起尺寸及形状误差的主要原因如下:

(1) 在粗车和半精车时, 由于工件刚性差, 在车削过程中易引起振动, 使圆度和圆柱度超差, 直接影响到精车的顺利进行。

(2) 刀具耐磨性不好时, 刀刃很容易磨钝, 使外圆尺寸变化过大, 容易产生扎刀现象, 使表面粗糙度值达不到技术要求。

2.2 机床精度和切削用量

(1) 在切削过程中, 工件受热伸长产生弯曲变形, 易产生锥度、腰鼓形、麻花形和竹节形等缺陷, 使切削过程中出现很多不可预测的问题。所以车削细长轴时, 对刀具、机床精度、辅助工具和切削用量的选择及对操作者的经验均有较高的要求。

(2) 在采用车中心架车削时, 因轴细且较长, 中间无支撑点, 轴跳动较大, 从而使工件发生弯曲变形。

(3) 在粗车和半精车后, 细长轴积累了较多的加工应力, 会在半精车或精车后的一段时间内发生弯曲, 给产品质量造成较大影响。

2.3 工艺准备工作不到位

细长轴加工前应先调整机床, 校直工件, 否则就会产生扎刀、工件与卡盘接触不良等现象, 最终影响到细长轴的加工精度。

(1) 机床调整。

主轴中心和尾座顶尖中心连线与导轨全长平行;主轴中心与尾座顶尖中心的同轴度公差应小于0.02;大、中、小拖板的间隙应合适, 过松会产生扎刀现象。

(2) 棒料校直。

采用热校直法校直棒料, 不宜冷校直, 忌锤击。装夹时, 防止预加应力产生变形。夹持方法有两种:一是在一端车出8 mm～10 mm的卡脚档;二是在卡盘爪与工件间垫入钢丝 (绕工件放置) 或钢柱 (顺工件放置) , 使工件与卡盘为线接触。

2.4 切削方法不当

加工细长轴时, 不同的装夹方式, 应采用与之相适应的车削方法。采用三支承爪的跟刀架及弹簧顶尖, 其切削方法有高速切削法、反向低速大进刀精车法等。如果采用弹簧伸缩顶尖装夹工件, 则应采用反向切削法。否则, 就会使细长轴在加工过程中产生较大的误差。

2.5 操作方法

操作方法不正确, 将对细长轴的加工精度产生影响。如没有在靠卡盘处车出跟刀架支承档、没有修磨好支承爪均会使车削结束时刀具崩刃。没有按支承爪的调整顺序进行下侧、 上侧、外侧调整, 接刀不准确, 在轴径接刀处没有1∶10左右的锥度等, 都会给加工带来误差。在加工过程中没有按要求增加刀刃的切削力, 如果突然增加就会造成让刀或扎刀, 从而产生径向误差而引起振动或出现多边形及竹节形。

3保证细长轴加工精度应采取的措施

3.1 正确选择刀具

涂层硬质合金刀具与普通硬质合金刀具相比, 无论在强度、硬度和耐磨性方面均有了很大提高。车削硬度在HRC45～HRC55的细长轴, 低成本的涂层硬质合金可实现高速车削。

细长轴的长度一般较长, 淬硬钢切削表面质量高, 一般不产生积屑瘤, 但切削力较大, 特别是径向切削力比主切削力还要大, 所以车削细长轴时, 刀具宜采用负前角和较大的后角。主偏角取决于机床刚性, 一般取45o～60o, 以减少细长轴和刀具颤振。

细长轴材料硬度越高, 其切削速度应越小。使用超硬刀具进行硬车削精加工时, 适宜切削速度范围为80 m/min～200 m/min, 常用范围为100 m/min～150 m/min;采用大切深或强力断续切削高硬度材料时, 切速应保持在80 m/min～100 m/min。一般情况下, 切深为0.1 mm～0.3 mm。

除选择合理的刀具外, 采用超硬刀具进行硬车削时对车床并无特殊要求, 若车床刚度足够, 且加工软的细长轴时能得到所要求的精度和表面粗糙度, 即可用于硬切削。

3.2 制定合理的工艺路线

对普通精度的细长轴零件加工, 其典型的工艺路线如下: 毛坯及其热处理—预加工—车削外圆—铣键槽 (花键槽、沟槽) —热处理—磨削—终检。

3.3 选择定位基准和装夹

(1) 以细长轴的中心孔定位。

在细长轴的加工中, 零件各外圆表面、锥孔、螺纹表面的同轴度, 端面对旋转轴线的垂直度是其相互位置精度的主要项目, 这些表面的设计基准一般都是轴的中心线, 若用两中心孔定位, 符合基准重合的原则。

(2) 以两外圆表面作为定位基准 。

在加工空心轴的内孔时, 例如进行机床上莫氏锥度的内孔加工, 不能采用中心孔作为定位基准, 可用细长轴的两外圆表面作为定位基准。当工件是机床主轴时, 常以两支承轴颈 (装配基准) 作为定位基准, 可保证锥孔相对支承轴颈的同轴度要求, 以消除基准不重合而引起的误差。

(3) 以带有中心孔的锥堵作为定位基准。

在加工细长轴的外圆表面时, 往往还采用带中心孔的锥堵或锥套心轴作为定位基准。

3.4 选择合适的加工方法

3.4.1 细长轴加工前的准备工作

(1) 机床调整。

主轴中心和尾座顶尖中心连线与导轨全长平行;主轴中心与尾座顶尖中心的同轴度公差要小;大、中、小拖板的间隙合适, 过松会扎刀。

(2) 棒料校直。

采用热校直法校直棒料, 不宜冷校直, 忌锤击。装夹时, 防止预加应力产生变形。夹持方法有两种:一是在一端车出8 mm～10 mm的卡脚档;二是在卡盘爪与工件间垫入直径为3 mm～5 mm的钢丝绕工件放置或钢柱顺工件放置, 使细长轴与卡盘为线接触。

3.4.2 切削方法

采用弹簧伸缩顶尖, 反向切削。精车、半精车仍用高速切削法, 精车用低速大走刀, 采用的刀具与高速切削法相同。靠卡盘处车出跟刀架支承档, 修磨好支承爪后, 在轴尾端倒角45o, 以防止车削结束时刀具崩刃。支承爪的调整顺序依次是下侧、上侧、外侧。接刀应准确, 在轴径接刀处要有锥度。逐步增加刀刃的切削力, 以避免突然增加造成让刀或扎刀, 产生径向误差而引起振动或出现多边形及竹节形。为防止细长轴振动, 便于散热和排屑, 在支承爪的轴向和径向上各钻一个通孔。

3.4.3 辅助工具

粗车细长轴时, 采用专用支架, 支架由V形块和木垫块组成, 木垫块压在机床导轨上。半精车、精车时可采用托架, 托架是在加工过程中起减振作用的主要辅具, 托架由两块制有3o斜面的木质托块组成, 上托块的上面制成V型托口, 这可使细长轴与上托块在互相作用时能够形成不完全碰撞, 受力时一部分功能将受到损失, 以达到减小反作用力的目的。

4现场试验效果

采用上述工艺措施后, 车削最细轴 (杆) Φ8×2 000和细长轴Φ25×3 000～Φ25×5 000, 全长精度在IT5以上, 表面粗糙度在Ra1.6以下, 车削一根细长轴仅需15 min～25 min, 收到了满意的效果。

参考文献

[1]龚雯, 陈则钧.机械制造技术[M].北京:高等教育出版社, 2004.

[2]吉卫富.机械制造技术[M].北京:机械工业出版社, 2003.

[3]姚智慧.机械制造技术[M].哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社, 2002.

细长轴的加工 篇3

关键词：细长轴,变形,几何形状,切削用量,解决办法

"车工怕车杆"这句话反映出车削细长轴的困难。通常认为在机械中作旋转运动, 长度大于直径的圆柱零件叫做轴, 它是组成机械的重要零件之一, 而长度与直径之比大于25的轴叫做细长轴。细长轴本身的刚性很差, 而工件车削过程受切削力、切削热的影响, 很容易产生变形和振动, 而工件的自重和转动时的离心力, 又将加剧其变形和振动, 形状精度随之下降, 表面粗糙度值增大。因此, 采用反向进给车削, 配合以最佳的刀具几何参数、切削用量、拉紧装置和轴套式跟刀架等一系列有效措施。以提高细长轴的刚性, 得到良好的几何精度和理想的表面粗糙度, 保证加工要求。

一细长轴加工的问题

(1) 刚性差, 在车削时候很容易受切削力和重力的作用而引起弯曲变形, 产生振动, 从而影响加工精度和表面质量。

(2) 热变形伸长量大, 在车削热的作用下, 会产生相当大的线膨胀, 当轴以高速旋转时, 所引起的离心力会加剧轴的变形。

(3) 在高速, 小进给精车时, 刀时易于磨损, 从而影响工件的尺寸精度和形状精度。

(4) 在进行精度要求高的细长轴磨削时, 易产生腰彭形, 很难达到加工精度和表面粗糙度。

二细长轴加工的方法及具体措施

1 选择装夹方法

1) 采用跟刀架和中心架。采用一夹一顶的装夹方式车削细长轴, 为了减少径向切削力对细长轴弯曲变形的影响, 传统上采用跟刀架和中心架, 相当于在细长轴上增加了一个支撑, 增加了细长轴的刚度, 可有效地减少径向切削力对细长轴的影响。在工件装上中心架之前, 必须在毛坯中部车出一段支承中心架支承爪的沟槽, 表面粗糙度及圆柱度误差要小, 否则会影响工件的精度。车削时, 中心架的支承爪与工件接触处应经常加润滑油。为了使支承爪与工件保持良好的接触, 也可以在中心架支承爪与工件之间加一层砂布或研磨剂, 进行研磨抱合。

2) 一夹一顶的装夹法。采用一夹一顶的装夹方式。在该装夹方式中, 如果顶尖顶得太紧, 除了可能将细长轴顶弯外, 还能阻碍车削时细长轴的受热伸长, 导致细长轴受到轴向挤压而产生弯曲变形。另外卡爪夹紧面与顶尖孔可能不同轴, 装夹后会产生过定位, 也能导致细长轴产生弯曲变形.因此采用一夹一顶装夹方式时, 顶尖应采用弹性活顶尖, 使细长轴受热后可以自由伸长, 减少其受热弯曲变形;同时可在卡爪与细长轴之间垫入一个开口钢丝圈, 以减少卡爪与细长轴的轴向接触长度, 消除安装时的过定位, 减少弯曲变形。

3) 双顶尖法装夹法。采用双顶尖装夹, 工件定位准确, 容易保证同轴度。但用该方法装夹细长轴, 其刚性较差, 细长轴弯曲变形较大, 而且容易产生振动.因此只适宜于长径比不大、加工余量较小、同轴度要求较高、多台阶轴类零件的加工。

2. 减少工件的热变形伸长

车削时, 由于切削热的影响, 使工件随温度升高而逐渐伸长变形, 这就叫"热变形"。在车削一般轴类时可不考虑热变形伸长问题但是车削细长轴时, 因为工件长, 总伸长量长所以一定要考虑到热变形的影响。由于工件一端夹住, 一端顶住, 工件无法伸长, 因此只能本身产生弯曲。细长轴一旦产生弯曲后, 车削就很难进行。减少工件的热变形主要可采取以下措施

1) 使用弹性回转顶尖。用弹性回转顶尖加工细长轴, 可有较地补偿工件的热变形伸长, 工件不易弯曲, 车削可顺利进行。

2) 加注充分的切削液。车削细长轴时, 不论是低速切削还是高速切削, 为了减少工件的温升而引起热变形, 必须加注切液充分冷却。使用切削液还可以防止跟刀架支承爪拉毛工件, 提高刀具的使用寿命和工件的加工质量。

3) 刀具保持锐利。以减少车刀与工件的摩擦发热。

3. 合理选择车刀几何形状

为了减小车削细长轴产生的弯曲变形, 要求车削时产生的切削力越小越好, 而在刀具的几何角度中, 前角、主偏角和刃倾角对切削力的影响最大。细长轴车刀必须保证如下要求:切削力小, 减少径向分力, 切削温度低, 刀刃锋利, 排屑流畅, 刀具寿命长。刀具几何参数的合理选择, 常常是实现稳定切削简便而行之有效的方法。

1) 前角r0其大小直接着影响切削力、切削温度和切削功率, 增大前角。可以使被切削金属层的塑性变形程度减小, 切削力明显减小。增大前角可以降低切削力, 所以在细长轴车削中, 在保证车刀有足够强度前提下, 尽量使刀具的前角增大, 前角一般取γ0=15°。

2) 主偏角Kr。主偏角Kr对振动强度的影响, 当切削深度和进给量不变时, 随着主偏角的增大, 振幅将逐渐减小, 这是因为径向切削力减小了, 同时实际切削宽度aw将减小。在粗车削细长轴时取Kr=75~80°, 精车时取Kr=85~90°的刀具进行切削, 可避免或减小振动。

3) 刃倾角 (λs) 倾角影响着车削过程中切屑的流向、刀尖的强度及3个切削分力的比例关系。随着刃倾角的增大, 径向切削力明显减小, 但轴向切削力和切向切削力却有所增大。刃倾角在-10°~+10°范围内比较合理。

4) 后角a0。一般来说, 后角对切削稳定性无多大影响, 但当后角减小到2~3°时, 使振动有明显的减弱, 在生产中也发现, 后刀面有一定程度的磨损后, 会有显著的减振作用。

4合理选择切削用量

1) 切削深度 (ap) 。在工艺系统刚度确定的前提下, 随着切削深度的增大, 车削时产生的切削力、切削热随之增大, 引起细长轴的受力、受热变形也增大。因此在车削细长轴时, 应尽量减少切削深度。

2) 进给量 (f) 。进给量增大会使切削厚度增加, 切削力增大。但切削力不是按正比增大, 因此细长轴的受力变形系数有所下降。如果从提高切削效率的角度来看, 增大进给量比增大切削深度有利。

3) 切削速度 (v) 。提高切削速度有利于降低切削力。这是因为, 随着切削速度的增大, 切削温度提高, 刀具与工件之间的摩擦力减小, 细长轴的受力变形减小。但切削速度过高容易使细长轴在离心力作用下出现弯曲, 破坏切削过程的平稳性, 所以切削速度应控制在一定范围。对长径比较大的工件, 切削速度要适当降低。

结论

细长轴的车削加工是机械加工中比较常见的一种加工方式。由于细长轴刚性差, 车削时产生的受力、受热变形较大, 很难保证细长轴的加工质量要求。通过采用合适的装夹方式和先进的加工方法, 选择合理的刀具角度和切削用量等措施, 可以保证细长轴的加工质量要求。

参考文献

[1]劳动和社会保障部教材办公室组织编写.车工工艺学[M].北京:中国劳动社会保障出版社, 2005.6.

[2]王先逵.机械制造工艺学[M].北京:机械工业出版社, 2006.

细长轴的加工 篇4

图1是一个一端带有高精度内孔且孔壁较薄的细长轴工件, 材质为37CrNi3, 热处理技术要求工件表面渗碳淬火, 有效层深1.1-1.3mm, 表面硬度HRC60-64, 芯部硬度HRC46-48。轴的主要结构尺寸、尺寸精度、形位精度及粗糙度要求如图1所示。由图1可以看出轴的尺寸精度、内外圆同轴度要求高, 是加工中的难点。同时, 它还是一个细长轴 (d/l=1∶12.7) , 且左端有一个72.44长的孔使得这段为薄壁零件 (1∶5.25) , 在试制过程中我们发现极容易在A处出现同轴度超差, 这又是加工中的一个难点。

2 半精车工艺

由于细长轴的工件刚性差, 在切削力和切削热的作用下很容易产生弯曲, 使加工出来的轴产生中间粗、两头细的形状, 因此在热处理前的半精车时应尽量使得弯曲变形控制越小越好, 给后面工序减轻压力。解决的办法可首先采取一夹一顶、外加跟刀架方式 (见图2) , 先车出两端台阶轴。

由图2可看出:在车削的过程中产生的切削力可以分解为轴向切削力Px, 径向切削力Pz。由于不同的切削力对细长轴产生弯曲变形影响是不同的。

轴向切削力:轴向切削力Px是平行于轴线方向的它对工件形成一个弯矩, 当轴向切削力过大时将会把细长轴压弯发生纵向变形, 可采用反向车削的方法来解决:车刀由主轴卡盘开始向尾架方向进给, 使细长轴受拉, 消除了轴向切削力引起的弯曲变形。同时, 采用弹性的尾架顶尖, 可以有效地补偿刀具至尾架一段的工件的受压变形和热伸长量, 避免工件的压弯变形。另外卡爪夹紧面与顶尖孔不可能同轴, 装夹后可能会产生过定位, 过定位也能导致细长轴产生弯曲变形。因此我们采取的措施是: (1) 采用弹性活顶尖, 以有效地补偿刀具至尾架一段的细长轴受压变形和热伸长量, 避免细长轴弯曲变形; (2) 在卡爪里夹上一圈软索即钢丝绳来保证夹紧面与顶尖孔同轴, 而装夹后不产生过定位。

径向切削力:径向切削力Pz是通过跟刀架来增加细长轴的刚度, 可有效地减少Pz对细长轴的顶弯。

再通过合理控制切削用量、深度、切削速度等, 即可有效控制半精车时变形。外圆留0.5-0.6mm为磨削余量, 外圆加工完毕, 用四爪夹另一端, 通常卡爪一般都不是精密卡爪, 为了减少卡爪造成的误差, 选用了四爪夹持工件, 跟刀架换成中心架 (见图3) , 两端打表找正, 两端径跳控制在0.05mm以内。镗内孔, 精车46°锥角, 此锥角将作为双顶磨外圆用, 所以要精车, 内孔留0.3-0.4mm为磨削余量。镗内孔时此段为薄壁, 加工时加工应力会使工件产生变形, 尤其A处极易变形。所以这里操作时注意保证切削液充分供给, 同时减少进给量, 以此来控制车削工序的变形量, 使同轴度达到0.1mm, 这为后续工序保证加工精度奠定了良好的基础。

3 磨外圆工艺

经过渗碳淬火处理的工件, 先喷砂处理以清除工件的氧化皮。认真研修中心孔后进行磨削。磨内圆时, 采取双顶上桃子夹, 同时上中心架以增加刚性。见图4, 主轴端使用前顶尖, 尾架端不能再采用弹性活顶尖, 因为磨削时顶尖不能随工件一起转动, 而由桃子夹带动工件一起旋转。这样, 可避免主轴与轴承的制造产生的误差, 轴承的间隙, 顶尖的不同轴度等因素使工件产生的跳动误差等。粗精磨外圆到图样尺寸。

4 磨内孔工艺

外圆磨好后, 再用四爪夹外圆, 架中心架磨内孔 (参见图3) , 两端打表找正, 两端径跳控制在0.005mm以内, 磨内孔至尺寸。因为此孔为小孔且薄壁, 加工应力会引起工件产生变形, 尤其A处极易变形。磨削时应注意以下几个方面: (1) 磨削砂轮直径小、磨杆刚性差;由于砂轮直径小, 所以线速度小, 磨削时光洁度不好, 在磨削时选择电机皮带轮较大, 磨头皮带轮较小的一组皮带轮, 以提高砂轮线速度来保证磨削后工件的光洁度, 同时减少切削深度, 调整合适的进给量, 使磨削应力降低来粗精磨内孔, 以减小工件变形, 尤其是A处的变形。 (2) 孔与砂轮间隙小又造成冷却条件差, 排屑困难还易造成砂轮堵塞。操作时注意调整冷却管喷嘴口的开度, 提高冷却液的压力, 有利于切削液的充足供给及切屑的排出, 使磨削热量及时得到散发、冷却, 排屑条件得到改善, 减小工件的热变形, 尤其是A处的变形。

细长齿轮轴的闭式挤压工艺及模具 篇5

现代工业中冷挤压工艺已成为首选工艺,该工艺可大批量、低成本地将力学性能良好的金属原材料制造成复杂、精密且往往可直接用于装配的零件。在此来浅述起动电机中的细长齿轮轴的工艺。通常轴类零件长径比超过10:1就考虑用棒料直接滚齿、铣齿或用齿轮拉刀拉齿等方法,这些方法由于存在分度误差及刀具的安装误差,所以加工精度较低,一般只能加工出9～10级精度的齿轮,机械加工时割断了齿轮的金属纤维,齿轮在高速旋转时极易发生折断,而且加工成本高,难以满足市场的需求,冷挤工艺就应时而生,在保证精度强度的同时又能提高生产效率。

1 技术核心

此工艺属于长径比超过10:1细长轴的闭式正挤压,如图1,棒料在受压之前,通过聚氨脂橡胶施加预压力,迫使上下模先闭模,在下模上设置4个导柱,在上模对应位置设置4个导套,在上冲头端面做了一个凸的顶针(如图),当上下模在预压力作用下进入对应的导柱导套,完全闭模后上冲头才开始接触材料,只有先闭模才能使材料在一个封闭的模腔中进行塑性变形,而不会镦粗或弯曲,因为本模具采用上下模结构,并作出了一分模面解决了退料难的问题,当材料塑性变形完成时,上下模从分模面自动脱开,很轻松就将材料从模腔中退出.由于是在一次挤压中完成齿部成形,齿轮齿形精度较高可达7-8级,齿轮经过挤压表面产生冷作硬化强度较高,又因为有导柱导套的配合使成形的齿形与柄部外圆、端面顶针孔的同轴度保证在0.1mm以内,较机加工产品在产品质量生产效率上有很大的提高,减少了工序,降低了成本,提高了生产效率。设备只需100吨压力机

2 关键

本工艺能成功实施的关键有三点,第一,模具中的强力弹性元件聚氨脂橡胶2,此强力弹性元件可强制上下模闭模,在密闭的空间内挤压成形,达到理想的外形尺寸;第二点,是否有合理的的分模面,分模面分配合理可轻松退料,否则难挤压或难退料,经过多次的分模试验比较最终确认分模比为3:2即棒料总长的3/5在上模中,2/5的在下模中,此时的挤压力和退料力均为最小,第三点,上模的4个导套和下模上的4个导柱,配导柱导套的孔均采用高精度的加工中心加工,要求彼此间的位置度小于0.01mm,这样就能保证上下模闭模时棒料能顺畅的移动。

3 工艺论述

任何一种形式的冷挤都离不开合理的工艺和模具,本工艺路线为:下料、表面抛丸清理、磷化、皂化处理、挤压成形;棒料虽然没有经过球化退火,但因其热轧棒料的硬度≤96HRC、在模具的承受范围内;断面缩减率ε=0.21远远小于正挤压的允许断面缩减率ε≤0.75;经过量产验证,细长齿轮轴的冷挤齿形全部符合产品规定的要求,这种工艺,生产效率高,日产量达3000支,并且通过冷作硬化和不破坏纤维流线改善了材料的性能,模具使用频次在10万次以上,冷挤细长齿轮轴已成为汽车行业的一种趋势。

4 结论

本工艺填补了细长齿轮轴的闭式精密锻造加工的空白,提供了一种高精度,高强度,高的生产效率,适合于各中小企业大批量生产的加工方法。

1.上模板2.强力弹性元件 3.上冲头4.上模5.下樸6.退料器7.下模板

摘要：随着我国经济实力的增强,汽车越来越多的受到人们的喜爱,汽车市场从卖方市场变成了买方市场,汽车的各种零部件需求也给各中小企业带来了机遇和挑战,汽车起动电机中的零件以其精小简单的外型成为各企业的必争产品。

浅谈车工实习教学中细长轴的车削 篇6

1 引导学生分析细长轴车削中的主要问题及原因

引导学生正确的分析出细长轴车削加工中的主要问题及原因, 才能在实训车削加工中有的放矢, 做出有针对性的改进措施。细长轴车削存在的主要问题有以下两点:

(1) 切削过程中, 由于工件的刚性差, 在切削力、离心力的作用, 很容易发生弯曲、振动等情况, 严重影响其加工精度和表面粗糙度。

在车削过程中, 产生的切削力可以分解为径向切削力Fp和轴向切削力Ff, 两者对细长轴车削时产生的影响是有所不同。 (1) 径向切削力Fp是垂直作用在细长轴轴线上, 其作用力将会使细长轴在水平面内发生弯曲变形. (2) 轴向切削力Ff是平行作用在细长轴轴线方向上, 轴向力压迫工件, 使细长轴受压发生不稳定弯曲变形。

(2) 切削过程中, 工件在切削热的作用下, 会产生受热变形伸长。

车削时, 受切削热的影响, 工件会随温度的升高而逐渐伸长变形, 由于车削细长轴时, 工件长, 总伸长量大, 如果轴的两端为固定支承, 则工件会因伸长而弯曲变形, 严重时会使工件在顶尖处卡住。

2 指导学生分析提高细长轴车削精度的方法和措施

由于学生还处于实习阶段, 对实际加工过程的分析能力还比较偏弱, 实习指导教师对一些加工工艺方法还要做出引导。在实习教学过程中, 主要引导学生从以下几个方面采取措施。

2.1 毛坯处理

细长轴坯料的加工余量应比一般工件的加工余量大, 加工前应该先对其进行校直。毛坯料经过校直后, 不仅可使车削余量均匀, 减少车削时间, 避免振动, 而且还可以减小切削后的表面残余应力, 避免工件在使用中产生大的变形。

2.2 分析细长轴的装夹方法

在车床上车削细长轴时采用的装夹方式主要有两种:一种是细长轴的两端均由顶尖支撑, 即“双顶尖”装夹法;另一种是细长轴的一端用卡盘夹紧, 另一端用车床尾架顶尖支承, 即“一夹一顶”装夹法。

(1) 采用“双顶尖”装夹法车削细长轴, 工件定位准确, 容易保证同轴度。但用该方法装夹细长轴, 其刚性较差, 细长轴弯曲变形较大, 而且容易产生振动.因此只适宜于安装长径比不大、加工余量较小、同轴度要求较高的工件。

(2) 采用“一夹一顶”装夹法车削细长轴时, 如果顶尖顶得太紧, 除了可能将细长轴顶弯外, 还能阻碍车削时细长轴的受热伸长, 导致细长轴受到轴向挤压而产生弯曲变形。所以顶尖应采用弹性回转顶尖, 可以有效补偿细长轴受热后的变形伸长, 减少其受热弯曲变形;同时可将开口钢丝圈垫在卡盘爪的凹槽中, 以减少卡爪与细长轴的轴向接触长度, 使工件在卡盘内可以自由调节位置, 消除安装时的过定位, 减少弯曲变形。在车工实习教学中通常采用“一夹一顶”装夹法。

(3) 使用中心架支承车削细长轴。在“一夹一顶”车削细长轴时, 可使用中心架来增加工件的刚性。为了防止卡爪拉毛工件的表面, 中心架三个卡爪的前端镶有铸铁、青铜、夹布胶木、尼龙1010等材料。

(1) 中心架直接支承在工件中间。当工件可以进行分段车削或调头车削时, 将中心架直接支承在工件中间, 如图1所示, 这样支承, L/d的值减少了一倍, 细长轴的刚性可增加好几倍。但在工件装上中心架之前, 必须在毛坯中部车出一段圆柱面沟槽作为支撑轴颈, 并在支承爪与工件接触处经常加润滑油。

(2) 采用过渡套筒安装中心架。当车削支承中心架的沟槽比较困难或一些中段不需加工的细长轴时, 可采用过渡套筒安装细长轴的办法, 如图2所示。使卡爪不直接跟毛坯轴接触, 而使支承爪与过渡套筒的外表面接触。

(4) 使用跟刀架支承车削细长轴。对不适宜调头车削的细长轴, 不能用中心架支承, 而要用跟刀架支承进行车削, 以增加工件的刚性, 常用的跟刀架有两种:两爪跟刀架和三爪跟刀架。跟刀架固定在床鞍上, 它可以跟随车刀移动, 抵消径向切削力, 提高车削细长轴的形车削质量。

理论上两爪跟刀架就可以满足切削力对细长轴的影响要求, 因为切削时, 车刀给工件的切削抗力使工件贴在跟刀架的两个支承爪上, 但实际车削时, 由于工件本身的向下重力, 以及偶然的弯曲, 工件会瞬时离开支承爪、接触支承爪时产生振动。所以三爪跟刀架是比较理想的跟刀架。

使用跟刀架支撑车削细长轴时, 必须使其支撑爪与工件的接触压力调整适当。如果压力太小, 甚至没有接触, 则不能起到增加工件刚性的作用。如果压力过大, 会把工件车成“竹节”形。因为:当刚开始车削时, 工件在尾座端由顶尖支撑, 工件很难发生变形, 支撑爪的压力不会反映到工件上。但车削过一段距离且车刀远离顶尖后, 工件刚性逐渐减弱, 容易发生变形, 支撑爪就压向工件, 使工件被顶向车刀, 吃刀深度就增加, 结果车出的直径就偏小。当跟刀架的支撑爪跟车刀移动到已经车小的外圆上时, 工件表面跟跟刀架支撑爪脱离接触, 这时在径向切削分力的作用下, 使工件向外让开, 使车刀吃刀深度减小, 车出的工件直径就偏大, 这样有规律的变化就会把细长轴车成了“竹节”形。

2.3 分析车刀几何形状对细长轴的影响

车削细长轴时, 由于工件刚性差, 车刀的几何形状对减小作用在工件上的切削力, 减小工件弯曲变形和振动, 减少切削热的产生等均有明显的影响。

(1) 车刀的主偏角是影响径向切削力的主要因素, 在不影响刀具强度的情况下, 应尽量增大车刀的主偏角, 较小径向切削力, 车削细长轴车刀的主偏角取kr=80°~93°。

(2) 刀尖圆弧半径以0.3~0.5mm为宜, 过大易产生振动, 过小刀具耐用度降低。

(3) 车刀前面应该磨有R1.5~R3mm圆弧形断屑槽。

(4) 为减小切削力和切削热, 应该选择较大的前角, 取γ=20°~30°。安装刀具时, 刀尖最好稍高于工件中心0.2~0.5mm, 避免前角变小。

2.4 合理选择切削用量

引导学生分析切削用量对切削力的影响, 切削用量选择的是否合理, 对切削过程中产生的切削力的大小、切削热的多少是不同的, 对车削细长轴时引起的变形也是不同的。通过改变切削要素, 降低切削力, 改善细长轴的切削加工。

2.5 采用反向进给法车削细长轴

反向进给切削法是指在细长轴的车削过程中, 车刀由主轴卡盘开始向尾架方向进给。在车削过程中产生的轴向切削力就由轴向压力变为轴向拉力, 对工件起到拉直的作用, 减小了工件的弯曲变形。同时, 采用弹性的尾架顶尖, 还可以有效地补偿工件的受拉变形和热伸长量, 避免工件的压弯变形。

3 结束语

细长轴由于刚性差, 车削时产生的受力、受热变形较大, 很难保证细长轴的加工质量要求。通过对细长轴车削课题的教学, 引导学生通过采用合适的装夹方式, 选择合理的刀具角度和切削用量等措施, 可以保证细长轴的加工质量要求。同时提高学生对车削加工过程中此类问题的分析和处理能力。

参考文献

[1]薛晓慧.细长类零件的加工方法[J].凿岩机械气动工, 2013, (03) .