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摘要:從搖臂軸的結(jié)構(gòu)分析入手，通過對精密交叉孔的加工難點改進，采用4軸加工中心，應(yīng)用“T”鉆和滾壓的加工工藝解決搖臂軸的加工難題。實踐表明:該工藝可靠穩(wěn)定，生產(chǎn)效率高。

關(guān)鍵詞:搖臂軸;精密交叉孔;加工工藝

搖臂軸為某大功率柴油機的重要零件之一，其功能是通過擺動進行進、排氣控制，在進、排氣門搖臂處鉆有油孔，機油可以從搖臂軸座蓋板上的油管進入，潤滑配氣機構(gòu)。因此其承受著不斷交替變化的扭力，為滿足其較高的機械性能要求，材料選擇優(yōu)質(zhì)合金鋼42CrMo調(diào)質(zhì)處理，芯部硬度要求在HRC32以上。抗拉強度與屈服強度都較高，且有范圍限制，這就對熱處理提出了較高要求，為此，熱處理車間要求在工件中間原11mm的位置預(yù)先加工1個9mm的調(diào)質(zhì)通孔，以達到更好的機械性能，這樣就導(dǎo)致加工21mm至中間時產(chǎn)生排屑不暢、斷續(xù)加工的情況，本文就此精密交叉孔及其相關(guān)工藝難點提出合理的工藝方案。

1原加工工藝

本工序主要完成十字孔及槽口的加工，為保證孔的尺寸精度以及定位槽的形位公差，工件必須采用一次裝夾完成所有特征的加工，因此設(shè)備選用帶數(shù)控分度頭的4軸立式加工中心，采用“一夾一頂”方式裝夾工件，加工時先銑下槽口，工件轉(zhuǎn)180°銑上槽口，最后采用“點鉆→鉆孔→鉸孔”的方法加工十字交叉孔，主要問題表現(xiàn)在以下幾個方面:(1)零件上21mm和9mm孔構(gòu)成十字交叉孔，且中心距要求(36±0．03)mm，交叉孔在加工至中間時產(chǎn)生由于排屑不暢、斷續(xù)加工的情況，粗加工采用麻花鉆鉆孔時極易產(chǎn)生偏斜，甚至折斷;(2)加工交叉孔只能采用較低的轉(zhuǎn)速和進給量，加工質(zhì)量差且不穩(wěn)定，加工效率低下;(3)因鉆孔的精度和表面粗糙度無法達到要求，工件材料優(yōu)質(zhì)合金鋼42CrMo調(diào)質(zhì)后鐵屑既硬又韌，不易折斷，交叉孔排屑不暢，鉸削時經(jīng)常出現(xiàn)拉毛現(xiàn)象，表面粗糙度無法達到要求，嚴重影響零件的壽命。

2工藝改進

基于以上工藝問題，選用3倍徑、可轉(zhuǎn)位式“T”鉆完成鉆孔加工，其有2片刀片，中心刀片和邊緣刀片，為非對稱型，故可以直接鉆孔。且該刀具通過改進刀片形狀和外周刀刃的配置，抑制了交叉孔入口處的振動，從而減輕了負荷，故可直接加工交叉孔，且無需中心鉆加工引導(dǎo)孔，轉(zhuǎn)速可以達到600r/min，進給0．4mm/r，加工質(zhì)量穩(wěn)定，大大提高了生產(chǎn)效率。為解決21mm孔的拉毛現(xiàn)象，在鉆孔后先采用粗鉸工藝保證孔尺寸的穩(wěn)定性，然后采用內(nèi)徑滾壓頭滾壓內(nèi)孔來解決孔拉毛的問題，滾壓后孔的表面粗糙度很好，可以達到Ra0．4μm。滾壓加工與其他加工不同，是一種無屑加工，滾壓加工是使用硬質(zhì)合金滾柱，旋轉(zhuǎn)并滾壓金屬表面，將金屬表面凸出和凹下的部分金屬擠壓平整的一種加工方法。滾壓加工的原理是:在常溫下，使用硬質(zhì)合金滾柱滾壓金屬表面，使金屬表面產(chǎn)生塑性變形，將金屬表面的波峰和波谷更加平整，使金屬表面的粗糙度降低。滾壓加工原理的模擬圖，滾壓加工可以降低工件表面的粗糙度，減少應(yīng)力集中，產(chǎn)生有利的殘余壓應(yīng)力，進而提高工件的抗疲勞強度、耐磨性和耐腐蝕性等。需要特別注意的是，滾壓加工的表面質(zhì)量與工件滾壓之前的表面粗糙度有很大關(guān)系，同時與滾壓時的參數(shù)、壓力，以及工件的材質(zhì)等因素均有關(guān)，而滾壓參數(shù)的選擇也必須根據(jù)不同的工件硬度、材質(zhì)等因素確定。由于工件材料的特性不同，不同的工件材料，其滾壓余量不盡相同，這就需要在正式滾壓前通過滾壓試驗取得。

對金屬表面加工質(zhì)量影響較大的是滾壓的進給量，當滾壓的其他參數(shù)不變時，工件的表面粗糙度會隨著進給量的減小而減小，疲勞強度會隨著進給量的減小而增大，直到進給量減小到一定程度后，表面粗糙度和疲勞強度才不會變化。滾壓壓力的大小也與工件的滾壓質(zhì)量密切相關(guān)，理論上，表面粗糙度會隨著滾壓壓力的不斷增大越來越好，但是，滾壓壓力需要根據(jù)工件材料的特性來確定，如果滾壓壓力過大，表面粗糙度非但不會提高，反而會越來越差，甚至超過材料強度而出現(xiàn)裂紋。相對前者而言，滾壓速度對金屬的表面粗糙度影響不大，但同樣，滾壓速度不可過高或過低。如果滾壓速度過高，加工速度快，但金屬表面受滾壓的時間不夠，塑性變形不徹底，還會引起振動，使金屬表面產(chǎn)生振紋;而如果滾壓速度過低，滾壓頭四周的滾柱會因為轉(zhuǎn)速不夠而滾動不靈活，甚至停滯，變成在工件表面滑動，這就會導(dǎo)致工件表面不理想，甚至?xí)p壞工件和刀具，滾壓時的線速度一般保持在35～40m/min。通過滾壓試驗，滾壓工藝參數(shù)最終定為:進給量0．2mm/r，滾軋轉(zhuǎn)速600r/min，滾軋量0．015～0．035mm，滾壓后實際表面粗糙度達Ra0．1～0．3μm。

3結(jié)論

采用“T”鉆和滾壓相結(jié)合的加工工藝，解決了搖臂軸交叉孔的精密加工難題，保證了產(chǎn)品的質(zhì)量，解決了搖臂軸批量生產(chǎn)的難題，生產(chǎn)效率得到大幅度提高，本工藝推廣到企業(yè)其他產(chǎn)品的加工當中，亦取得了不錯的效果。

作者:許紅丹 葛成榮 單位:常州鐵道高等職業(yè)技術(shù)學(xué)校