精密偶件—柱塞磨外圆加工工艺研究

乔丽

摘 要：本文对精密偶件-柱塞磨外圆加工工艺方法进行了研究，阐述了柱塞由于外圆精度要求高，且加工批量大，质量不稳定机械加工难以保证其要求，通过对柱塞外圆磨加工工艺进行分析、研究，从工艺方法、加工设备及刀具选择等方面综合考虑，制定出了可行的工艺方法，使其满足使用要求。

关键词：精密偶件；柱塞；大批量；磨外圆；加工工艺

中图分类号：TK413.83 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2018）15-0063-02

柱塞是用于高压共轨燃油系统的核心部件，在200bar的高压下工作，所以柱塞外圆精度的要求非常高，外圆粗糙度要求为Ra0.08、Mr≥40%、Rmax1.2，圆度≤0.00064mm、直线度≤0.00064mm、外圆锥度≤0.0005mm，外圆尺寸公差0.004mm，且年需求量大，大批生产质量不稳定，因此为满足大批量生产，外圆精度满足要求且质量稳定可靠，必须从加工方法、加工设备、刀具（砂轮）选择及加工参数等方面优化设计。

1 零件结构简介

零件材料：M50；热处理硬度：HRC61～65；零件结构如图1所示。

2 外圆加工难点分析

2.1 加工外圆难点分析

此零件材料硬度高，外圆粗糙度要求几乎接近于镜面水平，所以目前选用车削加工是不能满足精度要求，必须采用磨削加工保证精度要求，从零件结构上分析，此结构零件首选无心磨，磨削直径是￠9.518，而因￠15外圆的存在，造成零件不能通磨，这样会导致￠9.518外圆与R5接触处会出现台阶，满足不了图纸要求[1]。

2.2 解决措施

无心磨满足不了加工要求，考虑外圆磨方法加工外圆，但外圆磨加工装夹遇到了瓶颈，因￠15与￠4外圆长度分别为1.4mm和5mm，夹持面太短，无论夹持哪个外圆，都存在零件夹不正的问题，如果零件夹不正，将无法保证加工质量[2]。

再对零件结构进行分析，此零件￠4外圆端面处有￠2小孔，可将孔口倒角加工成60°，做顶尖孔用，尽而我们采取在￠15外圆端面处增加工艺凸台并打中心孔，用两头中心孔定位磨外圆，在外圆加工完后割掉工艺孔，保证零件加工要求。增加工艺凸台见图2所示：零件两端有了中心孔，就可以采用外圆磨工艺进行加工，外圆磨削完后，线切割割掉￠5外圆，再用数控车床将￠15端面车到图纸要求尺寸即可图3所示。

3 外圆磨床加工工艺分析

影响外圆加工质量的因素主要有几点：（1）设备的选择及设备精度；（2）顶尖孔加工质量；（3）砂轮修磨质量；（4）磨削参数设置；（5）磨削液选用和正确使用。

4 解决措施

4.1 加工路线确定

最初柱塞是在数控车上分两个工序加工完外形，经热处理后，上普通外圆磨床粗磨外圆，最后在数控磨床精磨外圆完成加工，但加工后外圆尺寸及形位公差不稳定，合格率不到70%。后期经过大量试验及工艺路线优化，最终确定出柱塞加工工艺步骤如下：车外形-热处理-研顶尖-清洗-粗磨外圆-半精磨外圆-精磨外圆-检验入库。

4.2 加工设备的选择

车外圆选用纵切机（推荐型号XP-20S），优势：与普通数控车相比，可一次将零件外型加工完成，不用二次装夹，保证顶尖孔与外圆的同轴度要求。研顶尖选用两工位双头中心孔研磨机（推荐型号M4735AX500-2），优势：与普通研磨机相比，两头顶尖可同时研磨，研出的顶尖同轴度好，其次，操作方便，加工稳定。粗磨外圆选用半自动数控外圆磨床（推荐型号G25P-50NC），优势：与普通磨床相比，加工进刀均匀，加工稳定。半精磨、精磨外圆选用进口数控外圆磨床（推薦型号：ULTRAMAT650CNCB），加工设备刚性好，精度高，满足加工要求[3]。

4.3 刀具的选择

精磨选用46粒棕钢玉砂轮，规格：400×127×50mm沉孔￠205×10，砂粒粗，效率高，适合去除大余量。半精磨、精磨选用选用180粒白钢玉砂轮，规格：400×20×127mm砂粒细，加工出零件粗糙度满足要求。金刚笔是保证精磨砂轮的修磨质量的关键，通过试验，性价比较高的是铲式金刚笔A2813076A修磨出的砂轮精磨外圆效果较好。半精磨、精磨时设备顶尖至关重要，磨床顶尖精度的高低将会直接影响磨削后零件的圆度0.0006的要求，（因为长时间进行批量加工，顶尖头必然会磨损）因此，建议使高质量硬质合金顶尖，以满足后续加工的需求。

4.4 顶尖孔加工

顶尖孔质量是影响外圆圆度质量的主要因素之一，要保证磨削的质量必须从源头抓起，根据生产现场积累的经验得出，中心钻选用型号为：1.0HSS-EX，FormA。要保证中心孔质量，在正常情况下应每加工200～300件必须更换中心钻。研顶尖孔，通过试验该工序必须使用6棱形研磨顶尖，同时要求研5000件更换研磨顶尖，以保证两顶尖同心，使顶尖孔对外圆同轴度的影响降到最低。

4.5 磨削参数设置

为了确保大批量生产时外圆尺寸稳定，经过试验验证，推荐最佳磨削量：在粗车外圆时给出总共磨量0.1mm，在零件经过热处理后，分三次进行磨外圆，第一次普通磨床粗磨外磨，磨量为0.7mm，第二次数控磨床半精磨外圆磨量为0.2mm；第三次数控磨床精磨外圆磨量为0.01mm，且精磨外圆时分两段速度进刀，第一次每次进刀0.005mm，总进刀量为0.02mm，第二次每次进刀0.001mm，总进刀量为0.01mm（具体加工参数见表1所示）。通过优化加工参数，柱塞外圆直径尺寸、粗糙度、形位公差、锥度等都能满足要求，零件具体尺寸见表2所示。

4.6 减少外圆砂粒划伤

此零件表面质量几乎接近于境面要求，细小的伤是用肉眼识别不出来的，所以采用40倍显微镜放大镜检查外观是否存在划伤及碰伤等不良情况，在40位放大镜下经常会发现磨削过程中由于砂轮掉砂粒而导致零件表面划伤的情况（见图4所示）。解决这个问题必须先从磨削液入手。

磨削液的选择与使用直接影响零件的表面质量，根据从加工过程中及产品检验情况了解，影响零件表面被砂粒划伤严重的原因在于所使用的磨削液HysolRD（4～6%）。为了减小砂粒划伤，对现用的冷却液HysolRD（4～6%）进行分析，认为HysolRD磨削液油性较高，虽有较好的防锈能力，但磨削时会有微小砂粒脱离，而没被完全冲掉，粘附在砂轮上，从而导致磨削过程中出现表面划伤。所以推荐选用分离性较好的CIMTECH285（3～5%）磨削液，第二是磨削液的喷淋必须充分，保证流量正常，磨削液要完全喷到磨削面上，经过以上改进后，零件表面被砂粒划伤的现象显著减少[4]。

5 效果及意义

通过以上加工方法的改进，大大提高了柱塞外圆合格率，零件合格率由之前的70%提高到99%以上，目前这种方法正用于公司柱塞产品的生产加工中，它保证了产品质量的同时也提高了生产效率，为产品顺利交付提供了有利保障。

6 结语

本文针对精密偶件柱塞类产品磨外圆加进行了工艺分析，探索出了采用数控磨床进行磨精密件外圆加工的方法，给出了加工工艺步骤、确定了加工参数，这种加工方法在满足使用要求的前提下有效提高了加工效率，此方法可应用于类似零件的加工中去。

参考文献

[1]赵如福.金属机械加工工艺人员手册[M].上海：上海科学技术出版社，2006.

[2]郑文虎.机械加工实用经验[M].北京：国防工业出版社，2003.

[3]杨叔子.机械加工工艺师手册[M].北京：机械工业出版社，2011.

[4]李兆松.磨削加工技术[M].北京：机械工业出版社，2012.