精密交叉孔的加工工艺改进研究范文

摘要:从摇臂轴的结构分析入手，通过对精密交叉孔的加工难点改进，采用4轴加工中心，应用“T”钻和滚压的加工工艺解决摇臂轴的加工难题。实践表明:该工艺可靠稳定，生产效率高。

关键词:摇臂轴;精密交叉孔;加工工艺

摇臂轴为某大功率柴油机的重要零件之一，其功能是通过摆动进行进、排气控制，在进、排气门摇臂处钻有油孔，机油可以从摇臂轴座盖板上的油管进入，润滑配气机构。因此其承受着不断交替变化的扭力，为满足其较高的机械性能要求，材料选择优质合金钢42CrMo调质处理，芯部硬度要求在HRC32以上。抗拉强度与屈服强度都较高，且有范围限制，这就对热处理提出了较高要求，为此，热处理车间要求在工件中间原11mm的位置预先加工1个9mm的调质通孔，以达到更好的机械性能，这样就导致加工21mm至中间时产生排屑不畅、断续加工的情况，本文就此精密交叉孔及其相关工艺难点提出合理的工艺方案。

1原加工工艺

本工序主要完成十字孔及槽口的加工，为保证孔的尺寸精度以及定位槽的形位公差，工件必须采用一次装夹完成所有特征的加工，因此设备选用带数控分度头的4轴立式加工中心，采用“一夹一顶”方式装夹工件，加工时先铣下槽口，工件转180°铣上槽口，最后采用“点钻→钻孔→铰孔”的方法加工十字交叉孔，主要问题表现在以下几个方面:(1)零件上21mm和9mm孔构成十字交叉孔，且中心距要求(36±0．03)mm，交叉孔在加工至中间时产生由于排屑不畅、断续加工的情况，粗加工采用麻花钻钻孔时极易产生偏斜，甚至折断;(2)加工交叉孔只能采用较低的转速和进给量，加工质量差且不稳定，加工效率低下;(3)因钻孔的精度和表面粗糙度无法达到要求，工件材料优质合金钢42CrMo调质后铁屑既硬又韧，不易折断，交叉孔排屑不畅，铰削时经常出现拉毛现象，表面粗糙度无法达到要求，严重影响零件的寿命。

2工艺改进

基于以上工艺问题，选用3倍径、可转位式“T”钻完成钻孔加工，其有2片刀片，中心刀片和边缘刀片，为非对称型，故可以直接钻孔。且该刀具通过改进刀片形状和外周刀刃的配置，抑制了交叉孔入口处的振动，从而减轻了负荷，故可直接加工交叉孔，且无需中心钻加工引导孔，转速可以达到600r/min，进给0．4mm/r，加工质量稳定，大大提高了生产效率。为解决21mm孔的拉毛现象，在钻孔后先采用粗铰工艺保证孔尺寸的稳定性，然后采用内径滚压头滚压内孔来解决孔拉毛的问题，滚压后孔的表面粗糙度很好，可以达到Ra0．4μm。滚压加工与其他加工不同，是一种无屑加工，滚压加工是使用硬质合金滚柱，旋转并滚压金属表面，将金属表面凸出和凹下的部分金属挤压平整的一种加工方法。滚压加工的原理是:在常温下，使用硬质合金滚柱滚压金属表面，使金属表面产生塑性变形，将金属表面的波峰和波谷更加平整，使金属表面的粗糙度降低。滚压加工原理的模拟图，滚压加工可以降低工件表面的粗糙度，减少应力集中，产生有利的残余压应力，进而提高工件的抗疲劳强度、耐磨性和耐腐蚀性等。需要特别注意的是，滚压加工的表面质量与工件滚压之前的表面粗糙度有很大关系，同时与滚压时的参数、压力，以及工件的材质等因素均有关，而滚压参数的选择也必须根据不同的工件硬度、材质等因素确定。由于工件材料的特性不同，不同的工件材料，其滚压余量不尽相同，这就需要在正式滚压前通过滚压试验取得。

对金属表面加工质量影响较大的是滚压的进给量，当滚压的其他参数不变时，工件的表面粗糙度会随着进给量的减小而减小，疲劳强度会随着进给量的减小而增大，直到进给量减小到一定程度后，表面粗糙度和疲劳强度才不会变化。滚压压力的大小也与工件的滚压质量密切相关，理论上，表面粗糙度会随着滚压压力的不断增大越来越好，但是，滚压压力需要根据工件材料的特性来确定，如果滚压压力过大，表面粗糙度非但不会提高，反而会越来越差，甚至超过材料强度而出现裂纹。相对前者而言，滚压速度对金属的表面粗糙度影响不大，但同样，滚压速度不可过高或过低。如果滚压速度过高，加工速度快，但金属表面受滚压的时间不够，塑性变形不彻底，还会引起振动，使金属表面产生振纹;而如果滚压速度过低，滚压头四周的滚柱会因为转速不够而滚动不灵活，甚至停滞，变成在工件表面滑动，这就会导致工件表面不理想，甚至会损坏工件和刀具，滚压时的线速度一般保持在35～40m/min。通过滚压试验，滚压工艺参数最终定为:进给量0．2mm/r，滚轧转速600r/min，滚轧量0．015～0．035mm，滚压后实际表面粗糙度达Ra0．1～0．3μm。

3结论

采用“T”钻和滚压相结合的加工工艺，解决了摇臂轴交叉孔的精密加工难题，保证了产品的质量，解决了摇臂轴批量生产的难题，生产效率得到大幅度提高，本工艺推广到企业其他产品的加工当中，亦取得了不错的效果。

作者:许红丹 葛成荣 单位:常州铁道高等职业技术学校