贯穿切入组合无心磨削法磨削超长螺栓

2014-04-09贵州航天精工制造有限公司凯山563006王世敏

金属加工(冷加工) 2014年6期

贵州航天精工制造有限公司 (凯山 563006) 王世敏

贯穿切入组合无心磨削法磨削超长螺栓

贵州航天精工制造有限公司 (凯山 563006) 王世敏

公司承接加工了某客户订制的高精度超长螺栓，HB某型号产品7×164，在该型号产品的标准中，杆部为7mm的规格，其最长长度是70mm，该产品已远远超出其标准中的最长尺寸。该产品的长径比达1∶22，杆部尺寸精度为φ7f7()mm，表面粗糙度为Ra=0.8μm;如采用车削加工杆部，其杆部尺寸精度和表面粗糙度难以保证，还要考虑到加工零件中心孔的制作和切除，其加工效率也低;如采用外圆磨床顶磨加工，因是细长轴件，会产生杆部弯曲变形，造成杆部尺寸超差，外圆顶磨加工也要考虑到加工零件中心孔的制作和切除;无心磨削加工，可以不用中心孔，其杆部不会弯曲变形，还可以保证其杆部尺寸精度、表面粗糙度和形位公差。但是，我公司的无心磨床的砂轮宽度比零件杆部长度小，公司现有最大的无心磨床M1080的砂轮宽为140mm，因此，采用无心磨削加工也存在砂轮磨削宽度不够的问题。这需要我们采用一些工艺的创新，在现有的机床条件下，完成该产品杆部的无心磨削加工。

1.工件描述及加工难点

螺栓HB1-106-7×164的零件结构如图1所示。

图1 零件结构

加工难点如下:

(1)零件材料为30CrMnSiA，热处理后其抗拉强度为 (1175±100)MPa，这种材料具有较高的韧性，在加工过程中切削温度高，磨削困难，尺寸精度不易控制。而此零件尺寸精度要求高，其杆部尺寸为φ7f7()mm，杆部表面粗糙度要求Ra=0.8μm，因杆部细长，在磨削加工中切削温度高，切削困难，所以杆部尺寸精度、表面粗糙度难以保证。

(2)头杆接合处的R(0.5±0.2)mm，因该处砂轮易磨损，其尺寸变化较快，难以保证，砂轮的修整次数增多。

(3)杆部长度太长，其长度大于无心磨床的砂轮宽度，M1040无心磨床的砂轮宽度为125mm，零件杆长比砂轮宽度大31mm(无心磨床M1080的砂轮宽为140mm)，其杆部如何加工连接即成为关键技术。

该零件的加工方法最终选择在M1040无心磨床上磨削加工。该零件在磨削前已进行了镦制、头部切边、车削、滚丝、热处理等工序，其坯件如图2所示。

图2 零件毛坯图

2.粗磨

(1)选择机床粗磨选用M1040型无心磨床。

(2)选择砂轮由于工件为淬火钢，适于磨淬火钢的磨料为白刚玉;磨削硬工件时选用软砂轮，磨削软材料时选用硬的砂轮，由于磨削工件为淬硬钢材料，选用容易脱落的软砂轮。可使磨钝的磨粒快点脱落，以便露出更多尖锐棱角的新磨粒，一则可进一步磨削，二则可减少磨粒与工件的滑擦与刻划，降低切削温度以防烧伤工件，所以选择砂轮的硬度为中软。最后选择砂轮为:WA80K(WA为磨料白刚玉，80为磨料的粒度，K为磨具的硬度为中软1)。

(3)托板选择一般情况下，工件中心应高于砂轮和导轮中心的连线，中、小型工件中心高出约为工件直径的一半。但是，此零件较长，且已经过热处理，直线度有可能超差，在磨削长而翘曲的工件时，为防止工件跳动和消除工件翘曲引起的颤动，迫使工件紧贴托板，工件的中心应约低于砂轮和导轮中心连线。

(4)调整托板高度由于零件的尺寸精度要求高，直线度要求高，因此正确调整托板高度就显得更为重要。托板高度H1的粗略计算按下图3及公式。

图3 托板位置示意图

式中，A为砂轮中心至底板距离，M1040磨床A=180mm;B为托架槽底至底板距离，M1040磨床B=130mm;H为工件中心低于砂轮中心的值，h≈1mm;d为工件直径，d=7.3mm。

计算托板高度 H1≈180-130-7.3/2-1=45.35mm。托板用于支撑工件，其倾斜角和厚度的选择关系到磨削质量和生产率。托板的倾斜角一般为20°～30°，托板的顶面需要磨光和清洁，以防止划伤工件表面。托板的厚度选择:为使托板有足够的刚性、磨削平稳，其厚度应宽些，但要比工件的直径小1.5～2mm，磨削此产品选择5.5mm厚的托板。

(5)切削液的选择由乳化油加入大量的水稀释而成的乳化液，呈白色或半透明状，具有良好的冷却作用和润滑作用，因是磨削一般碳钢工件，所以选用切削液为中等浓度的乳化液。

(6)操作步骤粗磨磨削余量为0.25～0.15mm。粗磨时，先粗磨杆部的一大半，如图4所示，粗磨前一大半时，长度可稍长点，这样在将工件放入磨削区时，工件与托板的接触面多，较平稳些。

图4 粗磨零件

粗磨时，磨削示意图见图5。

图5 粗磨示意

操作要点:①工件放入磨削区后，工件要贴合托板，以挡销定位。②靠手轻托工件，让工件保持其合适位置，在磨削时，注意手要放松，手不被工件的旋转所打，又不离开工件。③粗磨2次，达到其要求;粗磨完杆部的一半后，再粗磨杆部的另一半，如图6所示。

磨削示意图如图7所示。

图6 粗磨零件

图7 粗磨示意

操作要点:①取消挡销，工件的位置靠托板与工件支承面来定位。②砂轮的端面与砂轮的外圆素线垂直，并修整出符合要求的砂轮圆角。③工件端面允许没有磨出，但R处应光滑连接，注意头部厚度尺寸。

3.半精磨

(1)选择机床半精磨选用M1040型无心磨床。砂轮选择、托板高度调整、切削液的选择与粗磨相同。

(2)调整并修整导轮调整导轮倾斜角θ=1.5°～2.5°。

(3)修整砂轮，砂轮的端面与砂轮的外圆素线垂直，并修整出符合要求的砂轮圆角。

(4)半精磨操作步骤半精磨磨削余量为0.05mm，其磨削零件图如图8所示。

图8 半精磨零件图

磨削示意图如图9所示。

图9 半精磨、精磨示意图

操作要点:①开始进行的是贯穿磨法 (见图9a)，把工件的前端放入磨削区，因导轮倾斜θ角(θ=1.5°～2.5°)，工件一面旋转，一面纵向运动，从外向里穿过磨削区 (见图9b)。②工件的最终磨削位置靠托板与工件支承面来定位 (见图9c);砂轮的端面与砂轮的外圆素线垂直，并修整出符合要求的砂轮圆角。③在进给时应选择较小的进给速度。工件的前端放入磨削区时，为防止工件失重，手应轻托工件后部，直至工件的后半部分进入磨削区域。④工件磨削完后，导轮回退至合适位置，再用木棍将工件拔出一小段，再用手拿稳顺着导轮边将工件慢慢取出。因工件太长，不宜用木棍一下子拔出，防止工件在拔出的过程中被碰伤。