椭圆齿轮流量计零件深孔加工的改进

2017-03-04陈志成

中国新技术新产品 2017年4期

陈志成

摘要：本文通过使用普通的镗孔车刀和标准的铰孔刀来加工深孔且盲孔的工艺分析，其质量不符合图纸要求，通过分析原因，然後笔者设计而改用改制后的铰孔刀来加工深孔的过程表明，其质量得到保证，而且提高生产效率，满足生产需求。

关键词：椭圆齿轮流量计；深孔；加工

中图分类号：TG53 文献标识码：A

针对不锈钢椭圆齿轮零件的空心轴的结构特点，内径精度高，表面粗糙度为Ra1.6，且属深孔盲孔的不锈钢类难加工材料的切削加工特点，对采用普通的镗孔车刀和标准的铰孔刀进行加工深孔的工艺分析研究，质量都不能得到保证，生产效率低，不能满足生产需求的情况下，决定改进刀具，即仿照标准铰孔刀的结构特点，用硬质合金yw1焊合一把四刀刃的铰孔刀，专门用来加工不锈钢椭圆齿轮——空心轴的深孔，并通过用自制铰孔刀来加工不锈钢椭圆齿轮——空心轴的过程表明，其工艺效果良好，有效地解决零件空心轴的深孔加工质量问题，提高生产效率。

本公司引进外国公司的椭圆齿轮流量计技术进行生产。在生产过程中，发现椭圆齿轮流量计的零件——空心轴部分，仪表运行时流量指示值低于实际值和有响声，经拆开检验，发现随动磁轴部件与零件空心轴的装配时的同轴度为0.15mm，不符合图纸要求。因此运行时，随动磁轴部件的摆动大，产生响声，此零件——空心轴是该椭圆齿轮流量计的主要关键零件，零件空心轴的材料用0Cr17Ni12Mo2，属不锈钢材料，且内孔深185±0.5mm不通孔，属深孔且盲孔结构。尺寸精度和位置精度要求较高（如图1所示），加工难度大，是生产椭圆齿轮流量计零件中最难加工的零件之一。当时，采用了普通的内孔镗孔车刀来加工，内孔产生锥度与外圆mm的同轴度为0.15mm，质量达不到要求，又尝试采用标准的铰孔刀来进行铰削加工，结果铰出的内孔φ20+0.04mm，表面粗糙度为Ra3.2，尺寸精度和表面粗糙度也不能达到图纸要求。以上采用此两种方法来加工，不合格达到60%以上，生产效率很低，不能满足生产需要。为解决零件空心轴的加工难度，当时，厂里面专门成立了小组，担起了技术攻关的重任，笔者也是成员之一。

一、椭圆齿轮流量计的零件——空心轴的结构特点及主要技术要求：

此空心轴如图1所示，内孔mm长185±0.5mm，属深孔且盲孔的结构，两壁厚只得2.5mm零件空心轴所用的材料为0Cr17Ni12Mo2，它具有以下特性：①塑性大，韧性高。切削变形大，相应的切削力、切削热也大；②粘附性强。在切削过程中产生的粘附性切屑，容易产生积屑瘤，不易获得表面粗糙度小的工件表面，刀刃也易磨损；③韧性好。切屑不易切除，卷曲、折断，在切削过程易堵屑，使表面粗糙度增大和刀刃损坏。

椭圆齿轮的零件——空心轴的深孔内与随动磁体2，向心球轴承4和带盘向心球轴承6过盈配合，亦要求同轴度允差不得大于0.025mm。同时零件空心轴的外圆又要与椭圆齿轮的内孔（内孔里面压铜轴套），滑动装置使用，为了保证能合理压入随动磁体部件，和能使流量计里一对互相啮合的椭圆齿轮，它们在流量计进出口之间的压力差作用下而交替地互相驱动，椭圆齿轮中的一个顺时针旋转，另一个逆时针方向旋转。这种互相驱动的传动，提供了力矩几乎不变的平滑转动，没有停滞点。椭圆齿轮的转动，通过内外磁体的耦合作用，使与介质隔离的磁轴转动能正常工作。因此图纸上要求两阶梯孔mm和mm同外圆mm的同轴度为0.012mm，零件空心轴的孔比较深，而且是盲孔，加工起来较困难。

二、分别采用普通镗孔车刀和标准铰孔刀加工深孔的工艺分析

（一）用镗孔车刀车削零件空心轴的工艺分析

（1）用镗孔车刀车削零件空心轴存在的问题。

在卧式车床CM6140上加工零件空心轴，采用的方法是一端由三爪卡盘定心夹紧，另一端由中心架较正定心夹紧，分别用麻花钻进行钻孔和镗孔车刀进行车削内孔。经验证，深孔的质量和生产效率都存在很大的问题，内孔mm的尺寸精度超差，出现锥度和振纹。位置精度也超差，即内孔mm和外圆mm的同轴度为0.15mm，其表面粗糙度为Ra6.3，质量得不到保证，且生产效率相当低。

（2）对加工问题的工艺分析。

①mm深185±0.5mm属深孔盲孔加工，切削时容易造成让刀和振动，不可避免地出现锥度，影响内圆mm和外圆mm的同轴度0.012mm。

②镗孔时用的是细长刀杆，刚性差，镗孔时散热条件差，排屑困难，不仅会划伤已加工表面，严重时会引起刀具崩刃甚至折断，这些都严重地影响内孔表面的粗糙度和尺寸精度，因此，生产效率很低，质量得不到保证。

（二）用标准铰孔刀进行铰削加工的工艺分析

（1）与镗孔车刀的车削加工的装夹方法一样，因标准的铰孔刀都是由4～12条刀齿组成，加工此零件空心轴的孔比较深，而且是盲孔，零件空心轴的材料是不锈钢类，加工起來比较困难，原因是切屑阻塞在孔内而把工件表面拉毛，也容易挤坏铰刀的刀齿。其次由于切屑不易排出，切削液流不到刀头切削部分，刀齿得不到有效的冷却而产生卷口、啃毛的现象。造成铰刀刃经常崩刃，加工出的内孔表面粗糙度Ra3.2，尺寸精度为φ20+0.03mm，达不到技术要求。

（2）用可调铰孔刀加工深孔，其加工出的内孔mm不稳定，尺寸精度、表面粗糙度达不到技术要求。

三、改进方案和实施效果

我们通过在车床上分别用镗孔车刀进行车削加工和用标准铰孔刀进行铰削加工的工艺分析，总结经验找出原因，根据工件的结构特点和技术要求，确定使用自制铰孔刀来加工深孔，在原来的加工工艺上，利用车床尾座安装自制铰孔刀进行铰孔加工，达到技术要求。

（一）自制铰孔刀的结构特点：

根据加工零件空心轴的特点，自制一把四刀刃的铰孔刀，材料是用45#钢，经车加工成型后，再经过淬火处理，焊好硬质合金yw1，磨好锥柄与车床尾座的莫氏锥度相同，配合好如图2所示，切削齿数为四刀刃，目的是减少切削齿数，表面上看刀齿上的平均负荷加大，刀齿寿命会降低，实际上由于增大了容屑空间，容屑情况得到改善，不致挤坏刀齿。此外，刀杆①外径车削成ф18mm，长195mm，还有一段长15mm的台阶，外圆为φ40mm连接起刀杆φ18mm。在刀杆上，内钻φ8mm的深孔至台阶φ40mm上，在此台阶上钻孔攻丝M10③连接通φ8mm，此螺纹M10，连接车床上的切削液管，切削液流经铰刀内孔φ8mm过，切削液可充分供应到切削部分，使它在加工过程中刀齿不致因发热而卷口，同时，切削液也可充分清洗铰屑从铰刀侧间隙流出，大大提高了刀具耐用度，也减小工件的表面粗糙度。

切削部分用硬质合金yw1，刀片与刀杆焊合好，用工具磨床磨去外圆符合尺寸，因硬质合金yw1相当国际标准ISO牌号的M10，热硬性较好，能承受一定的冲击负荷，通用性也较好，适用于不锈钢类难加工钢材的精加工。铰刀的引导部分L1磨成1mm长，其切削锥角φ磨成3°，因此铰削时定心好切屑薄，铰刀的前角y为零度，后角a为6°，铰刀的修光部分上有棱边（f）为0.2mm，同时，每个刀齿的切削部分上还磨出负刃倾角（λs=-10°），以降低铰孔表面粗糙度值，提高铰刀的耐用度。因在切削部分上磨负刃倾角，加工深孔且是盲孔时，切屑流向待加工表面，使切屑阻塞内孔，因用刀杆内孔φ8mm内流入的切削液冲洗冷却，经反冲作用下，使切削液把流向待加工表面的切屑冲洗流出来，防止切屑阻塞内孔。

（二）用改制铰孔刀加工零件空心轴的工艺分析

（1）要求开料长440mm，一条料车两件。

（2）车平两端面，打中心孔，同时车出一头作夹位用。

（3）用三爪卡盘夹紧一端，全部粗车外圆至φ27mm，长420mm至夹位。

（4）拆下工件夹紧一端，伸出三爪卡盘另一端长220mm，装上中心架，用百分表调外圆节与主轴的同心度为0.01mm，互调中心架三个爪松紧程度一样。

（5）第一次用麻花钻φ18mm，钻孔深185+0.5mm。

（6）用内孔镗孔刀车削内孔至尺寸φ20+0.03mm，留下0.10mm余量铰孔。

用另一把短刀杆镗孔刀精车出阶梯孔mm，长7mm达到图样要求，精车端面，去内、外圆毛刺。

（7）用尾座顶针顶住零件空心轴的内孔mm，拆掉中心架，精车外圆至mm达到图纸要求。

（8）重复以上工序进行另一件车削。

（9）切断工件长210mm。

（10）用软爪夹紧工件，用百分表较调好工件的同轴度为0.01mm范围，精车端面至长度208.8±0.145，去毛刺。