高精度平面锉削技术创新
2022-09-01李晓波渠晓刚王蒲珉孙秀娟
李晓波，渠晓刚，王蒲珉，孙秀娟
1. 山西航天清华装备有限责任公司 山西长治 046000 2. 太原科技大学 山西太原 030024
1 序言
许多高精度零件的平面需要由钳工锉削加工而成，这些平面一般都有较高的精度要求，除了要达到较高的尺寸精度和形位精度外，还要求具有足够低的表面粗糙度值，通常表面粗糙度值Ra要求达到0.8～1.6μm。在锉削加工过程中，很容易出现划伤等缺陷，从而导致其表面粗糙度达不到设计要求。因此，一方面对操作人员的技能水平有较高要求，另一方面在锉刀的选用、锉削方法等工艺措施上也应加以重视。
2 锉削表面划伤原因分析
锉削是由操作人员按照一定的方式握持锉刀，使锉刀的工作面与工件的被加工平面接触，并进行平稳匀速的往复推拉运动。在锉刀向前推进的过程中，锉齿对加工面进行切削，去除加工面的余料；在回程过程中，锉齿并不起切削作用。
锉刀结构如图1所示。在锉刀的工作面上，按一定的排列规律布满锉齿[1]（见图2）。锉齿是锉刀能够起到切削作用的主要结构，用于金属加工的锉刀，其锉齿一般是用专门的剁齿机加工而成，锉刀上的每一个锉齿相当于一把单独的切削刀具，具有各自的前角、后角等切削角度。锉齿结构如图3所示，从宏观来看，这些锉齿以一定的规律排布在锉刀的工作面上，在锉削时共同对材料进行切削。每两排锉齿之间的空隙形成容屑槽，锉削过程中产生的切屑暂时堆积在这些容屑槽中，随着锉刀的向前推进，当锉齿离开被加工表面时，切屑通常会自动从锉刀上脱落。当锉削过程中产生的切屑较多、较大时，有一部分切屑会卡在容屑槽内，甚至高于锉齿的高度，这时如果锉刀继续往前推进，则切屑会在锉削表面上形成较深的划痕。由于这种现象在锉削较软的材料时比较容易发生，所以此时应选用容屑槽较大的粗齿锉刀。
图1 锉刀结构
图2 锉刀工作面布满锉齿
图3 锉齿结构
而用于高精度平面锉削的细锉刀及油光锉，必须具有较小的锉齿，锉齿之间排列得更为紧密，导致其容屑槽较小，尤其是油光锉[2]，其容屑槽更为细小，锉削过程中切屑更容易嵌入锉齿（见图4）而堆积卡滞，划伤被加工表面，严重破坏其表面质量，锉削加工表面划痕如图5所示。这些嵌入锉刀容屑槽的切屑不易清理，有时用钢丝刷都难以清除，需用划针等尖锐工具逐个剔除，影响加工效率。
图4 普通油光锉切屑嵌入锉齿
图5 锉削加工表面划痕
3 创新设计高精度油光锉
在高精度平面的锉削加工中，为了避免被加工表面划伤，通常采取减小施加在锉刀上的作用力，或者在锉刀的工作面上涂粉笔灰等措施，但是都不能从根本上解决加工表面被划伤的问题。尤其是在最后修整阶段，操作稍有不慎就会出现表面划痕，致使整个被加工平面的表面质量下降，而不得不重新进行修整。如果这样的重复修整次数过多，则不仅降低加工效率，还会影响零件的尺寸精度。
在生产实践中发现，经过线切割等电腐蚀加工过的零件表面，在与其他较软材料零件表面接触并发生相互摩擦时，具有一定的微量切削作用。利用这一发现，使用线切割加工将条状高速钢（HSS，俗称白钢条）切割开，制成高精度油光锉[3]，利用其切割面作为锉削工作面，对零件被加工表面进行锉削修整，取得了较好的效果。
利用线切割加工出的高精度油光锉如图6所示，其工作面上遍布着电腐蚀加工时电击所形成的微小凹坑。高精度油光锉工作面微小凹坑局部放大如图7所示，根据线切割切削参数的不同，这些微小凹坑的大小为0.5～2.5μm。凹坑之间连接的微小凸起，形成了具有切削作用的锉齿，而凹坑就充当了容屑槽。这些锉齿十分细小，并且在油光锉的工作面上是无规则地随机排列，使用这种油光锉在零件表面进行修整时，其切屑为细微的粉末状（见图8），同时由于油光锉工作面上作为容屑槽的微小凹坑为开放式结构，因此在加工过程中，切屑不会嵌入油光锉的容屑槽内，从而避免将零件的加工表面划伤。实际操作过程中，不论是零件被加工表面，还是油光锉工作面的切屑，用毛刷就可以轻松去除，即使是较软的材料，使用这种高精度油光锉也能取得很好的修整效果。高精度油光锉加工表面如图9所示。
图6 高精度油光锉
图7 油光锉工作面微小凹坑局部放大
图8 细微的粉末状切屑
图9 高精度油光锉加工表面
传统的锉刀制造工艺是先加工出锉齿，为了提高锉齿硬度，需进行淬火等热处理工序，最后不可避免地会造成锉刀发生凸凹或扭曲等现象，影响其使用性能。而创新设计的油光锉使用已经过热处理的高速钢加工，成形后无需再进行热处理，不会产生变形。同时得益于线切割加工的高精度优势，其工作面直线度及平面度能保证在0.02mm之内，这是高精度油光锉在高精度平面锉削修整加工中的另一个有利因素。
4 锉削加工案例
图10所示阀套是液压系统中的重要零件，其上有3组共12个方孔，用以与阀芯配合控制液压油的流量，其尺寸精度和表面粗糙度要求较高，尺寸精度需控制在±0.01mm，表面粗糙度值Ra需控制在0.4μm，且同一组方孔的工作面必须严格统一，误差不能超过0.01mm。该阀套流量控制孔的加工，通常采取精锉后研磨的加工方案。因为如果同一组的4个方孔中任1个的工作面尺寸超差，则必须重新修整另外3个，使其工作面保持一致，所以使用普通油光锉修锉过程中经常出现表面划伤现象，导致随后的修研工作量加大，严重影响加工效率。
图10 阀套
利用改进后的高精度油光锉，将阀套流量控制孔的加工方案进行优化，充分发挥高精度油光锉不易嵌入切屑的优势，消除了被加工表面划伤现象，加工后的表面只需微量研磨就可达到技术要求，加工效率成倍增加。
5 结束语
机械化的高度发展，使得锉削这种手工操作的加工手段只局限在较小的范围内使用，但是需要锉削加工的零件，一般都是机床难以加工或者加工成本较高的零件，且大多数是比较重要且精度要求较高的零件。利用新型高精度油光锉，可以在保证零件加工精度的前提下，尽可能地提高加工效率。另外，在钳工实操技能比赛中，可以利用高精度油光锉高效修整工件加工表面。
