我公司是生产煤矿钻探设备的专业生产厂家,生产的K25钻机是煤矿安全生产必备设备,主要用于地下水的钻探。缸筒是该钻机上的主要零件,图1为该缸筒的零件图。材料为45钢,经过调质硬度达到220～260HBS。从零件图可以看出,该缸筒内孔精度要求高,尤其表面粗糙度值低,不允许有横向及纵向的刀痕;从缸筒结构可以看出,该零件属于长套筒结构,内孔加工难度大。我所介绍的用滚压的方式加工薄壁深孔是一种高效率、高质量的加工方法。
图1 缸筒零件图
1.工艺分析
从该缸筒结构可以看出,该零件加工属于薄壁深孔加工,要加工出符合图样要求的产品,就要选择合理的工艺路线和加工方法。工艺路线为粗车、精车分别进行,最后进行内孔滚压。根据零件结构,加工时采用一端夹紧主轴卡盘,另一端用中心架支撑的装夹方式加工较理想;粗加工采用扩孔镗削,精加工车内孔,采用自行设计的专用的拉铣刀(如图2所示)拉内孔,留0.4～0.6mm余量用于滚压,最后用自行设计的滚压器(如图3所示)进行滚压至图样要求。为提高加工效率、保证零件加工质量,在精车时设计专用的开口卡套和拉铣内孔用专用工装——定位套(如图4所示),此工装可以反复使用,装卸方便。
1.刀体2.刀片3.螺钉4.导向套5.圆螺母
图2 拉铣刀
1.轴2.轴承3.滚柱4.螺钉5.压垫6.铜套7.压紧套8.连接套
图3 滚压器
图4 定位套
2.加工工艺和车削步骤
(1)粗车
①下料无缝钢管Φ68mm×12mm×506mm。
②粗车内孔为,车外圆为68mm(详细工艺略)。
(2)半精车
①夹一端,架一端,车平端面,半精车内孔为,长度为250mm。
②调头,装夹同上,车全长为500mm,半精车剩余内孔为。
(3)拉铣内孔
①将图4所示定位套装入主轴内孔,将润滑油管从主轴孔后端与拉铣刀油孔连接,并将拉铣刀导向套部分装入定位套内孔。
②刀架上安装刀杆,调整好刀杆中心高。
③上卡套,工件卡一端,架一端,将拉铣刀与刀杆连接,反向进给拉铣内孔。拉刀的前角为10°,后角为5°,主偏角为8°～10°,两刀径向距离调整为49.5mm,对称度小于0.01mm,刀片材料为W18Cr4V。因拉铣切削速度不高,内孔表面粗糙度达不到要求,因此,需进行滚压加工提高表面质量。
(4)滚压滚压加工时,工件装夹与拉铣内孔相同,将拉铣刀换为滚压器与刀杆连接,正向进给滚压内孔。影响滚压的主要因素有过盈量、滚压速度v、进给量f以及切削液等,这些参数的选择如下所述:
①过盈量的选择原则上是尽量使滚压力小,保证达到所要求的尺寸精度和表面粗糙度。选取过盈量不仅要考虑到通过塑性变形把原始表面微观不平度熨平,而且还要考虑到工件在半径方向上的弹性变形量,滚压过盈量大于0.1mm时,缸筒虽然能保证图样要求,但滚压器的轴和滚柱的寿命会降低,如何提高滚压器的使用寿命?通过反复试验,滚压量控制在0.04～0.06mm时,既保证了图样要求,又延长了滚压器的使用寿命,因此,拉铣内孔时留0.04～0.06mm的余量。
②滚压速度v对滚压的表面粗糙度影响不大,主要是影响生产效率,速度的增大受机床系统的限制,速度过快会引起机床振动,使加工表面产生螺旋线,同时还会加大工件与滚珠之间的温升,加快滚压器轴与滚珠的磨损,影响工件尺寸和表面粗糙度。经过多次试验,确定缸筒滚压速度为v=50mm/min。
③进给量f是缸筒滚压加工中的主要参数,它直接影响滚压后工件的表面粗糙度和加工效率,经试验在主轴转速和过盈量不变的情况下改变进给量,把进给量由原来的f=0.2mm/r提高到f=0.4mm/r,既能保证工件满足图样要求,又缩短了单件加工所需时间,工作效率提高了一倍。
④正确选择切削液可以降低零件滚压后的表面粗糙度值,减小滚压力和机床功率的消耗,提高滚具的寿命,减小工件的热变形,使用全损耗系统用油和煤油的混合剂成本较高,采用过滤后的废全损耗系统用油仍然能达到预期效果,并且降低了成本。
综上所述,拉铣内孔时留0.4～0.6mm余量,滚压时速度为v=50mm/min,进给量f=0.4mm/r,采用过滤后的废全损耗系统用油作为切削液是比较合理的加工方法。经过生产实践,证明工艺方案和加工参数的选择合理,拉铣刀和滚压器结构简单、定位可靠,能保证图样要求,提高了效率和产量。
