油缸细长活塞杆滚压加工

镜博士滚压刀 · 发表于 2011-1-14 12:38:37

细长活塞杆零件，是工程汽车吊里伸缩臂上用的细长活塞杆，是一个关键零部件。由于它比较长，尺寸精度及表面质量要求又高，加工的困难是相当大的。作者经过多年的摸索，试加工，无数次的失败。终于摸索出加工该类产品的一整套完整、成熟工艺，供各位同行参考。

一、问题的提出

在车工工艺学里,当工件长度和直径之比大于25(L/D>25)就构成了细长轴，而本文所述的活塞杆的长度和直径之比远大于此数(L/D达到70多)，俗话说：“车工怕细和长”。由于细长轴本身刚性差，车削时因切削力、切削热和振动等因素的影响，加工起来相当困难，在车削中，会出现相当多的麻烦：（1）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，严重影响其圆度、圆柱度、尺寸精度以及表面粗糙度等。（2）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

图1（A）　活塞杆生产用图

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，看似简单，但对刀具、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。

二、问题的分析

加工如图1的活塞杆，主要需要解决的问题是（1）￠70 dc3外圆尺寸精度和表面粗糙度。在粗车和半精车削时，由于工件刚性差，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（如用高速钢作宽刀刃时）车至3000—3500mm时，刀刃已显磨钝，使外圆尺寸变化过大，容易产生扎刀现象，表面粗糙度值达不到技术要求。从微观上看，有凹坑和凸棱，使密封圈较快磨损，降低了使用寿命，直接影响到整机性能上承诺的平均无故障工作时间。所以要解决好上述问题，就必须解决好加工工艺问题，解决好刀具材料问题，解决好￠70dc3 的尺寸精度问题和￠70dc3外圆的表面质量问题。

三、问题的解决（加工工艺）

在车床加工这样的活塞杆。我主要采用了以下加工工艺。

检查：检查毛坯尺寸，看是否符合毛坯尺寸要求。

校直：这是非常重要的一道工序。它直接影响到加工过程的顺利进行及加工后的产品质量(加工后活塞杆的直线度)。此工序在自制的校直机上进行。要求在两支点支承，毛坯在自由状态下在全长的范围内圆跳动在1.5mm以下。

粗车：用四爪卡盘一顶一夹装夹，夹持毛坯的外园上套上一个开口的￠5的钢丝圈，这样使毛坯与卡爪之间形成线接触，起到万向调节作用，以免装夹时形成过定位的现象（如图2）。后顶针最好采用弹性顶针顶持，较正工件中间的过渡套，使其圆跳动0.3mm，上母线、侧母线与导轨的平行度在0.30 mm内　　　　　　　　　　　　　　　　　[url=]（见图3示意图）[/url]。车削时采用从床头往床尾方向车削，这样，轴向切削分力与正走刀相反，使工件切削时工件承受了轴向拉力，对减小振动和弯曲变形，克服细长轴加工时常出现的缺陷有好处。 2 ]" C( G) e% L) w. b9 S6 v
图3过渡套的使用
4 K- {1 k9 M& E7 z7 i# ^! L跟刀架要采用三爪形式的跟刀架，以减少工件振动和变形，提高加工精度弥补因工件刚性不足所引起的种种弊端。支承爪的

材料以QT60-2球墨铸铁为宜，因为铸铁耐热性、耐磨性好，又不会刮伤工件表面，且能吸收振动。不要用铜爪和钢爪，因为铜爪易磨损，钢爪易与工件 “咬死” ，支承爪与跟刀架支柱为过盈配合,不得有松动的现象，支承爪伸出长度应小于与跟刀架内孔配合长度的二分之一，支承爪与工件接触面积应超过80%，而且它的圆弧半径应与工件圆弧相一致,最好能按照下述方法进行修磨：在靠近卡盘处将工件粗车一段,长度大于支承爪的轴向宽度，直径与工件要求尺寸相同或稍大于工件成品尺寸0.1--0.2毫米，表面粗糙度值为Ra6.3以下,工件以300转/分的速度旋转，分别将三个支承爪逐步压向工件表面进行研磨,不允许用冷却液冲掉研磨下来的粉末，在磨合2--3分钟后再加机油进行研磨，即可使用。使用时要重新调正支承爪，使其与工件轻轻贴合。跟刀架底面与拖板接触面应进行研合，跟刀架应装在车刀后边1.5--2毫米处，车刀轴向切入工件20--30毫米时,应迅速先外侧、后上侧将支承爪与工件已加工表面接触，切削过程中，因为机床导轨磨损不均会引起跟刀架上支承爪对工件的压力变化，但外侧支承爪不得任意调整。为了减少跟刀架与工件的摩擦，车削过程中，要自始至终浇注充分的冷却润滑液（乳化液）。车削时工件热伸张比较严重，容易引起弯曲变形和振动。如果不是采用弹性顶针时，要随时注意调整尾座顶尖的松紧程度，顶尖的松紧以手指捏住时即停止转动,手指松开时顶尖即灵活转动为宜。大约在走刀长度500毫米左右时就需要检查一次，以防止工件由于产生轴向热伸张引起的弯曲变形。尾座顶尖千万不可顶死。 - ~9 P( u0 j# _
刀具的选择：车削此细长活塞杆的￠70 dc3外圆时，选择如图4所示的主偏角为75°的左偏刀进行粗车，车削细长轴时，对工件来说总希望尽量减少径向力，但又希望保持一定的径向切削力，将工件压紧在跟刀架支承爪上。所以选择主偏角为75°左偏刀较为合适，同时刀头强度也较好。后角采用双重后角，利于消振，而又不易崩刃。前角稍取大一些，约15°至20°，使切削轻快，减少切削力，减少切削变形。刃口处磨有0.1至0.2宽、0°至-5°的负倒棱，增加刀刃的强度，还修磨有0.2—0.3mm的过渡刃。前、后刀面要用油石研磨，尽可能降低表面粗糙度值,以利于提高刀具的耐用度。车刀刀片的牌号采用常见的YT15硬质合金。切削用量的选择为转速n=300转/分左右，不能过高，过高会产生振动等不良现象，转速过低效率会低，没效益。进给量f=0.3--0.4mm/转，切削深度ap=2mm。粗车时主要控制好外圆的形状公差，形状公差控制不好，对后工序加工将会造成非常不利的影响。

半精车：采用的装夹方法、切削方法和刀具与粗车基本一样。切削用量方面，切削深度ap=1mm左右，留精车余量约为0.1至0.2mm左右。进给量f=0.2--0.3mm/转。关键要控制圆度、圆柱度要符合图纸要求。表面粗糙度为Ra6.3。

图4 75°车刀

精车：精车首先要重新研磨跟刀架上的三个卡爪，采用跟刀架在前，刀具在后的切削形式，以便于测量尺寸，减小半精车时形状误差对精车的影响。采用宽刃刀车削。刀具形状和角度如图5所示。宽刃刀刃口两端各有一个8°的角度并与主切削刃用R10园弧联接，起到切入工件时有一个缓冲和防止刀具两端尖角扎入工件的作用。前角取25°至30°的较大前角，后角取5°到8°使刀具锋利。前、后刀面要用油石研磨，尽可能降低表面粗糙度值,以利于提高刀具的耐用度和降低表面粗糙度。刀具材料采用硬质合金YG6或YG8，选用的理由是因为该合金有较好的硬度、韧性和耐磨性（相对于高速钢），而且容易磨得锋利。不容易产生崩刃现象。如果采用高速钢刀具，耐磨性不够好。车至3000mm左右时因刀具磨损而产生尺寸变化。采用YT15刃口容易产生崩刃现象（微观状态下观察）。切削用量的选择是：切削速度n=8－12转/分。进给量f=10－15mm/转。要控制好切削深度，使尺寸符合￠70-0.076-0.03的公差范围之内，表面粗糙度Ra1.6－0.8。

图5 宽刃刀

　滚压：在车床上应用滚压工具在工件表面作相对滚动，并施加一定压力。强行滚压。使金属表层产生朔性变形。修整工件表面的微观几何形状。降低表面粗糙度，提高工件表面硬度、耐磨性和抗疲劳强度。是一种经济的、较易获得较低表面粗糙度值的一种加工方法。本人在加工这种活塞杆时。由于无法用外圆磨床进行加工，所以表面的最后光整加工采用了滚压加工方法。由于工件是细长杆，工件刚度较小，故采用镜博士外径型滚压刀的方式滚压，这样可使滚压力相互低消，工件不受到劲向力的影响。滚压工具见图6。在滚压加工过程中要注意考虑以下几个问题：滚压力、滚压过盈量、

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图6　单个滚压工具

进给量、滚压次数、滚压速度、工件的原始条件和切削液等。

图8　三点滚压示意图　　

滚压力F

滚压力是滚压过程中最重要的工艺参数，它是滚压加工时滚压工具对工件的压力。但在滚压过程中，起决定作用的不是滚压力的总值，而是滚力和与滚压工具和工件之间实际接触面积A的比值，即单位滚压力P。

P=F/A　

P的大小直接关系到工件表面的变形程度，因而影响压光后的表面粗糙度和冷硬程度。合理确定滚压力是比较复杂的，因为滚压力与各种滚压参数都有关系。一般来说，工件材料的硬度越高，原始表面粗糙度越高，滚压元件工作型面曲率半径越大，进给量越大，滚压力也相应增大。这也是本人在细长轴滚压时采用钢球式滚压而不采用滚轮或滚柱滚压的依据之一。同时，滚压力的确定还要受工件的尺寸、结构、以及工艺系统刚性等条件的限制。由于金属组织的不均匀性和塑性变形的不均匀性，以及工件表面微观不平的差别，按理论计算的滚压力与实际有一定出入。我采用的办法是用试验方法来确定滚压力。比较直观的办法是用调节滚压过盈量来控制滚压力的大小。

滚压过盈量i

工件外圆滚压过盈量的一半是滚压元件压入工件表面的深度。ī是由两部分组成的，i/2=e/δ。

式中e-------工件被滚压表面半径方向上的弹性变形量（mm）；

δ——工件的塑性变形量（mm）

e和δ的大小均与材料的性能有关。在实际滚压加工时，一般不用计算方法，而用行程试验法，即利用工件的一小段或专门的试验用工件，逐渐加大滚压力进行3－5次试验，随时检查滚压质量，合理选择滚压过盈量。

进给量f

进给量也是关系滚压质量的重要工艺参数。一般应根据工件材料、形状，滚压元件和工件技术要求而确定。进给量f过大工件表面粗糙度高（尤其是采用钢球滚压时）。　F过小，工件表面内重复滚压，容易产生疲劳裂纹，也会降低滚压质量，一般采用f=0.1—0.25mm/转，滚压次数以1－2次为宜。

龙九禅师 · 发表于 2011-1-14 13:09:29

活塞杆我有看到用冷拉材料粗磨高频棍校点校精磨的

不过比较短都不到500长

我的心梦 · 发表于 2011-1-14 20:02:20

长见识了.谢谢楼主的分享

tyn57 · 发表于 2011-5-14 10:13:02

长见识了.谢谢楼主的分享

mixin0756 · 发表于 2011-5-17 23:51:34

看不到图？？？

镜博士滚压刀 · 发表于 2011-7-20 21:34:28

镜博士滚压刀 · 发表于 2011-7-20 21:43:46

http://hiphotos.baidu.com/%BE%AB%BA%E3%B5%DB/pic/item/ed3df654aa063c2e8435247f.jpg[/img]

龙三是我 · 发表于 2011-7-28 18:20:11

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杨帅 · 发表于 2012-12-7 11:02:18

高频淬火后车加工综述
针对高频淬火件的特点，出现以下情况时车加工最为有效：1，高频淬火后变形大或者加工余量控制不严；2.高频淬火时保护不到位，需要车掉淬火层。
华菱超硬针对高频淬火件车削用BN-S20牌号刀具，是一种可转为的机夹刀片，它具有高的硬度同时，具备了一定抗冲击韧性，能够大余量切除淬硬层，替代大余量粗磨加工，或采用退货后再进行二次淬火的传统方法，为用户节约很多传统工序和相应的工序成本，并大幅度提高了生产效率。
BN-S20刀片加工高频淬火工件的切削参数
1，硬车刀片的线速度：工件材料硬度越高，其切削速度应越小。使用BN-S20刀片进行车加工高频淬火件时，刀片能够承受的切削速度为80～200m/min，常用范围为90～150m/min；当采用大切深或强力断续切削时，切速应保持在50～100m/min。
2，以车代磨的加工余量和BN-S20刀片的吃刀深度：高频淬火后工件正常以车代磨时，其切深一般在0.1～0.3mm之间。当热处理变形或者加工余量大时，BN-S20刀片可以承受7mm左右吃刀深度，进行大余量一次走刀完成加工。
3，进给量：进给量通常可以选择0.05～0.25mm/r之间，具体数值视表面粗糙度值和生产率要求而定。当表面粗糙度要求为Ra=0.3～0.4洀时，采用超硬刀具可以代替精磨，由于加工效率高的原因，硬车削比用磨削经济得多。
综上：高频淬火后车加工代替大余量粗磨时；需要刀片能够承受较大切削加工余量，一次走刀切除淬硬层和淬火变形量是BN-S20的独创特点之一；当以车代磨经精加工时，好的表面粗糙度保证是前提，应该较小的进给量和高的切削速度，来提高加工效率。
（作者单位：华菱超硬刀具研发部河南科技大学热处理研究中心）

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