安装节球座研磨工艺及工装设计

2015-02-19中航工业沈阳发动机设计研究所辽宁110015史献营

金属加工(冷加工) 2015年8期

关键词：渗氮磨料研磨

■中航工业沈阳发动机设计研究所（辽宁 110015）史献营

安装节球座研磨工艺及工装设计

■中航工业沈阳发动机设计研究所（辽宁 110015）史献营

摘要：研磨是传统的精密加工方法，在精密加工中占有重要的地位。本文通过安装节球座研磨介绍了内球孔面的研磨方法、工艺参数的选择、研具及研磨工装设计等内容,提供了提高研磨效率的方法。

1. 技术说明及工序

安装节球座是某设备中的重要件，起着连接与支撑作用。安装节球座承受巨大的载荷，选择40CrNiMoA钢，内球孔面渗氮，渗氮硬度≥88HRC，使安装节球座既有较高强度，又有高的硬度。为了减小振动内球孔面尺寸精度要求高，内球面粗糙度值为Ra=0.4μm，安装节球座尺寸如图1所示。其技术要求为：球面SφB渗氮，渗氮厚度h=0.15～0.45mm，硬度＞88HR15N，周围允许有渗氮层，SφB球面孔与相配零件研磨，着色检查，密接度≥85%且沿圆周不间断。

安装节球座内球孔研磨前的主要加工工序及研磨工序如下：①数控车加工球孔Sφ（55±0.01）mm，表面粗糙度值为Ra=0.8μm。②电加工加工槽（28+0.10）m m ×φ55+0.2+0mm。③非渗氮表面镀锡，渗氮表面磷化处理。④内球面渗氮处理，厚度0 . 3 0～0.45mm，表面硬度＞88HR15N。⑤研磨内球孔达到图样要求。

2. 安装节球座研磨分析

渗氮是把氮原子渗入零件表面，以获得高氮表层的化学处理工艺。渗氮零件表面形成一层致密的化学稳定性极高的氮化层，渗氮零件表面有更高的硬度，硬度最高可以达到65～72HRC，使零件具有更好的耐磨性，更好的抗疲劳强度和很好的耐腐蚀性；渗氮温度低，只有480～580℃，所以渗氮零件变形小，其变形量完全可以通过研磨消除。研磨零件表面具有良好的耐磨性、抗腐蚀能力，可延长零件的使用寿命；此件渗氮后硬度为＞88HR15N，适合研磨加工。

图1　安装节球座图

3. 安装节球座研磨工艺

（1）研磨量的确定。安装节球座是小批量生产，渗氮前球面孔由数控车加工，考虑渗氮后零件变形及渗氮层厚度3%～5%膨胀量，数控车加工安装节球座球孔尺寸为Sφ（55±0.01）mm，表面粗糙度值Ra=0.8μm。渗氮层厚度0.3～0.45mm，预留研磨量在0.02～0.04mm。由于此件的研磨量较大，分3次研磨。

（2）研磨球的材料选择。研具是研磨剂的载体，用以涂敷和镶嵌磨料，使游离磨粒嵌入研具表面发挥切削作用；同时又是研磨形成的工具。研磨球材料选择优质灰铸铁HT200，此材料为珠光体组织含有片状石墨，有很好的耐磨性和润滑性，硬度在120～220HBW。

（3）研磨球设计。根据零件形状和尺寸设计研磨球如图2所示。第一次研磨为粗研，研磨球尺寸Sφ55-0.03-0.04mm。如图2b所示在

研磨球表面加工螺旋槽，开槽的作用可以增大研磨剂填入量，使研磨效率提高。由于零件要装夹在卧式车床上研磨，所以开螺旋槽角度与研磨球轴向夹角不能太大，设计为18°。18°的开槽角在研磨球摆动时槽的方向与车床主轴夹角控制在34°以内，既能提高研磨效率，又能保证研磨面的质量。第二次研磨，为提高研磨精度，研磨球不开槽，研磨球尺寸为Sφ55-0.015-0.02mm。

（4）磨料选择白刚玉磨料。安装节球座材料是中碳合金钢40CrNiMoA，经过渗氮处理，零件研磨余量比较大且硬度高，所以选择白刚玉磨料，它非常适合淬火钢的研磨。

（5）研磨粒度选择。由于磨量在0.02～0.04mm，余量较大，因此分为粗研和精研。第一次粗研选择W28号的白刚玉微粉，精研选择W14的微粉，用零件配研选择W5的微粉。

图2　研磨球

（6）研磨液选择航空煤油、L-AN10全损耗系统用油。粗研时要求尽快去除较大的余量，用航空煤油加L-AN10全损耗系统用油（3份航空煤油与1份L-AN10全损耗系统用油混合）做研磨液，它流动性和冷却性好，无腐蚀性，能有效地均匀带入磨料。精研时，要尽量使磨料吸附到研磨球表面，研磨剂要有一定的粘度，所以精研时用L-AN10全损耗系统用油，使游离磨粒嵌入研磨球，有利于提高安装节球座内球面表面粗糙度质量及精度。

（7）研磨速度的选择。一般来讲研磨速度不易太高，速度太高造成研磨剂飞溅流失，同时降

低运动平稳性，使研磨球急剧磨损，同时会使被研磨零件表面发热，严重时会造成零件表面烧伤，影响被研磨零件表面质量，所以研磨速度一般在10～100m/min，研磨球尺寸及研磨工艺参数选择如附表所示。

4. 研磨方式选择

安装节球座是球面孔研磨，研磨球或安装节球座必须有一个是旋转的，而且研磨球或安装节球座还要有一个绕球心摆动，这种摆动的角度要适度，只有这样才能产生全方位全部球面的研磨，使得安装节球座内球面研磨的质量得到保证。为了提高研磨效率，选择在车床上研磨。图3是研磨球和心轴的组合图，图4是设计的车床用研磨工装。使用方法是，研磨球放入零件安装节球座中，装上心轴，把安装节球座夹在车床卡盘上；把研磨支架装在车床刀架上，使机床中心与研磨架中心重合，调整刀架把研磨球心轴放入研磨架滑动槽中。研磨中可根据研磨情况，适时的摇动研磨架的手柄，使研磨球处于-16°～16°不同的位置摆动，也可以用手使研磨心轴放到滑动槽中的某一位置研磨。