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具有深环形槽的零件加工工艺设计

2021/11/18 阅读:

摘要:提出了一种具有深环形槽的零件加工工艺设计方案。重点针对深环形槽加工工艺难点进行了攻关,通过对刀具进行改制,制造专用刀具,在车床即可完成深环形槽零件的加工。经过批量生产,验证了此种加工工艺方案的可行性,达到了经济、高效解决深环形槽加工工艺瓶颈问题。

关键词:深环形槽;专用刀具

0引言

某电磁离合器主要应用航空领域,是通过电磁力将齿轮吸动或释放,从而使电机转动力矩传递与断开的部件。在设计时为最大限度减小磁阻,保证磁路畅通,将传统的铁芯与外壳设计为一体。这样的设计给零件加工带来了较大的困难,特别是深环形槽的加工。按照传统的工艺,需用镗孔刀将这个深环形槽加工,但由于环形槽窄且深,普通镗刀根本无法加工;采用特种工艺进行电穿加工,生产成本高,且效率低下,无法满足批量生产。深环形槽加工成为该零件加工工艺方案设计的重要攻关环节。笔者通过对零件工艺性分析,重点对深环形槽加工工艺进行攻关。经过思路扩展,借鉴墙面上打水钻工艺装备,设计制造了专用刀具,有效解决了深环形槽的加工问题,对此类具有深环形槽的零件加工有一定的借鉴意义。

1零件结构工艺性分析

此电磁离合器壳体如图1所示。其主要功用,一方面作为主要结构件,将电磁离合器的其余零部件安装在其上;另一方面,作为磁路组成部分,为最大限度降低磁损耗,它将传统的铁芯与外壳两个零件设计为一个整体。根据壳体的功用和工作条件,其主要技术要求有:①零件上有一处环形槽,其大径为13.6+0.1、小径为6.4-0.05、深度为13.7+0.2。此部位为装配线圈位置,由于此环形槽宽度仅为3.6mm,而深度达到了13.7mm,属于窄而深的环形槽,采用普通镗刀加工,镗刀必须磨得细而长,刀具宽度小于3.6mm,长度大于14mm,这样的刀具强度极差,在切削过程中会频繁出现崩刃、断刀情况,零件难以加工;如果采用特种工艺电穿加工,生产成本及加工效率将成为最大障碍。因此环形槽的加工工艺设计是此零件工艺的核心。②零件Φ5-0.01-0.005×8.6-0.05部位作为轴,与产品其他转动部件配合,尺寸公差及表面粗糙度要求严格,因此此部位需采用高精度外圆磨进行精加工;③考虑到零件夹持问题,可在加工过程中预留搭子,最后切除;④零件其余各部位均无特殊要求,采用常规工艺手段即可实现。

2深环形槽加工方案

通过前面零件工艺性分析,此零件的加工难点在深环形槽的加工。加工深环形槽的刀具首先要满足具有一定强度的要求,而要采用镗削加工方案,所用的镗刀显然无法满足这一基本要求,因此镗刀无法实现此环形槽加工。为此将环形槽看成一种特殊深孔,借鉴墙面上打水钻的工艺装备,设计制造了专用切削刀具,可同时加工环形槽的内外径。

2.1专用刀具介绍

根据水钻结构原理,设计制造了中间带孔的专用刀具,其形状尺寸如图2。在加工零件时刀具沿轴向进给,刀具刃径尺寸D成形环形槽13.6+0.1尺寸,刀具中心孔径尺寸d成形环形槽6.4-0.05尺寸,其中心孔可将零件中心轴让位出来,形成零件中间凸出形状。结合此零件尺寸形状及实际使用情况,我们以五刃立铣刀为基础进行设计制造。其刃径尺寸D为13.68+0.02,中心孔径尺寸d为6.35+0.02。刀具有五条横刃和五条圆周螺旋刃,刀具端面横刃为主切削刃,圆周螺旋切削刃为副切削刃。为保证刀具使用寿命,及加工零件符合图纸要求,刀具螺旋角β选30°;主切削刃制作为平刃,即主偏角kr为90°,主刃前角γ0取0°~2°,后角取7°~10°;副刃后角α0'取为5°~7°。

2.2刀具安装使用

(1)将专用刀具安装在万能工具铣床上,对零件进行加工。加工时,先将气动卡盘固定在机床台面上,通过调整机床X、Y轴,使卡盘中心与机床Z轴中心对正,再将零件固定在卡盘上,机床Z轴2带动专用刀具旋转,通过向上移动工作台实现Z轴的进给,从而完成零件环形槽的加工。利用专用刀具在万能工具铣床上进行环形槽加工,达到了预期目的,零件尺寸形状满足图纸及工艺要求,但由于此零件环形槽深且窄,且需要垂直向上排屑,出现了排屑不畅问题,刀具磨损较快。

(2)将此专用刀具安装在数控车床上进行加工,在加工过程中,零件随机床主轴做旋转运动,刀具随刀架做轴向进给运动。安装调试时,先将零件装夹在数控车床上,夹持部位为零件搭子部分,机床采用弹簧夹头夹持确保零件回转中心与机床中心重合;再将专用刀具用钻夹头加持,然后安装在刀架上;对刀时通过调整机床参数及微调刀具高低,使零件回转轴线与刀具轴线重合。由于零件和刀具的中心线与机床中心线重合,在加工过程中铁屑随零件旋转,可水平旋转出来,加之切削液的冲刷,更有利于铁屑的及时排出;同时在机床程序设定时,设定刀具每进给2mm退刀一次,进一步确保铁屑的完全排出,加强刀具的冷却,提高刀具寿命。

2.3切削参数的确定

在机床切削参数设定时,由于采用的是改制的立铣刀具在数控车床上使用,因此可结合参考数控车床及铣床的相关加工参数。首先通过查阅资料计算相关机床参数:(1)进给量f查阅资料,采用高速钢刀具镗削纯铁,铣刀每齿进给量fz=0.03~0.06mm/z,fz按0.05mm/z。将专用刀具装夹在车床上使用,可将其作为整体考虑,结合数控车床实际使用经验,取车床进给量f=0.05mm/r。

(2)切削速度Vc及机床转速n,铣削速度Vc公式为:Vc=CvTmaxvpfyvkv(1)式中:T为刀具寿命,取90min;ap为背吃刀量,为3.6mm;f为进给速度,为0.05mm/r;kv为修正系数,取1。Cv、m、xv、yv为系数和指数,查阅资料可确定各系数及指数值分别为37.6、0.25、0.2、0.3,带入公式(1)计算得Vc=22.7m/min。查阅机床转速公式为:n=1000×Vcπd(2)式中:Vc为计算的切削速度,为22.7m/min;d为加工的外圆直径,为13.6mm;将Vc、d值带入公式(2),计算得机床转速n为531r/min。通过计算并结合实际工作经验,最终确定机床转速为550r/min,进给量f为0.05,切削速度为23.5m/min。

3工艺路线拟定

根据零件图纸要求及工艺性分析和难点工艺解决方案,按照先基准后其他、先粗后精等原则,最终拟定的工艺路线如表1所列。

4结语

该电磁离合器所用壳体,按上述工艺流程及使用专用深环形槽加工刀具安装于车床上进行加工,经过批量生产验证,此方法成功解决了深环形槽加工的难题,有效满足零件批量生产需要,大幅降低了生产成本,提高生产效率。该方法可以推广到同类型具有深环形槽零件的加工工艺中去。

作者:鲍东红 宋奇 孔昭雍 单位:陕西群力电工有限责任公司

具有深环形槽的零件加工工艺设计

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