球形零件加工工艺方法的研究与利用

球形零件加工工艺方法的研究与利用

王昭辉   王云云  白冰  雷国龙

中国船舶汾西重工有限责任公司 山西太原 030027

摘要：针对我公司生产的某球面类零件重块加工难点进行分析，确定合理的加工方案和工艺流程，通过设计专用工装、解决反向去夹头难题，顺利实现重块加工试制，

关键词:重块,工艺方案，去夹头;

保险器类零件是我公司自主生产的用于产品定时的关键装置，重块作为整个保险器的核心零件，起着定时解脱，掉落的功能。重块加工质量的优劣将直接影响到柴油机的装配和使用性能，因此提高重块的加工精度，保证加工质量的稳定同时提高生产效率，制定合理的工艺方案尤为重要。

1.重块加工路线的确定

 （1）重块图样分析及关键尺寸

    重块毛坯材料为棒料H62，最终成品为多半球形零件，如图1，其上表面加工有凸台和内槽，侧面制有盲孔，用于安装平衡钢球。该零件有两个设计基准A,B，分别为半球形上表面、外球面。端面孔1轴线与A面要求垂直度为0.04，与B面要求位置度0.1。侧孔与A面要求平行度0.04，与B面要求位置度0.10。其主要加工尺寸见表1，要使这些关键尺寸达到图样要求，工艺设计时要坚持基准先行、先外圆后孔、先粗后精和基准统一的原则，同时充分考虑加工中设备、工装、刀具及装夹的影响。如图2模型图。

图一

    （2） 加工工艺路线

    重块作为球形类零件，需要在普通车床、加工中心、数控车床完成全工序加工，工序上要避免加工应力引起的变形，保证其加工精度不发生变化。首先先车毛坯外圆，通过粗加工去除毛坯的加工余量，较少精加工中由于热变形引起的加工误差，释放精加工切削中产生的残余应力，确保各孔和面得几何公差在精加工时处于稳定状态。

    设备选用方面要结合生产现场实际加工能力，合理选择设备，既能保证零件加工精度，又能提高生产效率。粗加工阶段由于加工尺寸要求不高，毛坯切削余量大，故安排在普通车床上进行加工，既能保证生产进度，又能降低加工成本。精加工铣槽、车球面、制孔时由于孔、面尺寸及几何公差要求高，安排在数控加工中心和数控车床上进行，充分利用加工中心质量稳定且高效的特点，在两次装夹中同时完成多个相关联孔和面的加工，提高加工精度和加工效率。

    综合以上分析，制定了重块的加工工艺流程为：车外圆及端面制顶尖孔—铣上端面槽及制孔—车外球面—去毛刺及车工夹头。

2.重块主要加工难点分析

   （1）孔及孔壁粗糙度

    端面孔放置平衡钢球，侧面孔贯穿释放杆，公差要求很小，孔壁粗糙度值要求为Ra=3.2，如图1所示。以上侧面孔是长径比＞5的深孔且对于位置度及孔径有较高的要求。深孔加工一般采用枪钻，枪钻切削速度慢、效率不高，生产进度无法保证。同时，现场没有刃磨设备，枪钻的返修、刃磨难度大，且该孔为小孔，无法利用枪钻加工，故在实际加工中，通过现场试验，我们决定采取内冷铣刀加工方案，冷却水通过刀杆内部孔直接冷却刀片，其加工孔的尺寸精度可以控制在0.05mm以内，同时通过刀片侧面修光刃带的挤压，加工孔壁的粗糙度可以达到Ra=1.6，满足图样尺寸及表面质量要求。同时，内冷压力也可满足深孔排屑的要求，加工中，根据工艺试验验证的切削参数，先使用较短的平钻加工，保证孔位置度的同时作为深孔的引导孔，然后依据钻深依次更换不同长度规格的铣刀，最终将孔深尺寸加工到位，并使用自制通止规检测通过性及尺寸是否合格。

（2）形位公差的保证

    利用加工中心加工时，必须以中心孔面为基准，找正轴，径向，允差0.015，平端面，制各孔成，并铣沟槽尺寸成。加工过程中为了满足图样的要求，选择在四轴加工中心进行加工，一次装夹完成制孔和铣凸台的加工，有利于保证孔和面得几何公差要求，同时，装夹过程中压紧力不宜过大，避免松开虎钳后导致的通孔与凸台的变形。

    数控车床在加工球面时，需夹持一端，反向另一端车成球面，为了保证球面与沟槽的同轴度，需利用自制工装一夹一顶完成加工。该工装利用加工中心铣成的凸台及小孔定位，一端留有顶尖凸台及小孔，利用顶尖可对零件进行完全校正。

   （3）去数车夹头

    数车工序后，一端留有工艺夹头，如图3，如何快速的去除，并保证与原球面完美贴合，解决方案为设计专用工装，如图4，该工装底座为棒料，材料45#钢，一端车成M45×2的螺纹，上端为压紧堵头，材料为聚四氟乙烯，一端车成M45×2的内螺纹，与底座端螺纹旋紧配合，内形车成球面，与重块的球面完全贴合。并铣出一端内凹槽，可通过此槽与重块的凸台配合，实现定位的功能。完全压紧后，要求重块顶尖夹头完全露出，球面露出一部分。

    随后转入普通车床，三爪夹持底座，找正后去处夹头。该工装效率极其高效，替代了以前利用手工去除夹头的工艺方案。且加工面平整光顺。

3.结语

通过对重块的加工工艺的分析，确定了工艺难点，通过合理的加工方案及工艺流程，设计工装，改进刀具，顺利实现零件的加工试制，尤其是最后关键去夹头工序，彻底解决了以往靠手工作业，且修锉表面光洁度较差的情况。其主要尺寸的三坐标结果满足图样的要求，为保险器的研制成功打下了基础，也为今后其它零件的加工积累了丰富的宝贵经验。

参考文献：

【1】潘建农《钳工工艺学》【M】机械工业出版社  1998

【2】王选逵《钳工机械加工手册》【M】机械工业出版社  2007