水滴型尼龙6工件的车削加工- .pdf

C 水滴型尼龙 6工件的车削加工 中船重工 集团第七二二研究所 湖北武汉4 3 0 0 7 9 徐 家品 水滴型尼龙工件 是某型设备 接收装置 的外壳 内部装有大量 电子设备 该工件设计为 内外顶部流 线弧形 壁厚为 8 m m 是十分重要的部 位 既要保 证工件强度 又要尽量减轻重量 经过 多次深入分 析 在我所现有设备和技术条件下加工 内流线 弧形 很难实现 不易控制壁厚 因此在保证 工件性 能的 条件下 将 内流线弧形从工艺上调整 用接 近流线 形的多段 内锥面代替 工件孔公差要求严格 而且 各个内锥相互位置关联密切 而在加工过程 中无法 观察到切削状态及 相互位 置关 系 其材料是非金属 尼龙 6 最大缺点是热变形太大 尺寸会随着温度和 加工条件的变化而改变 而该 工件是在易腐蚀 高 水压 强振动的恶劣环境之 中工作的 1 问题的提 出 水 滴 型 尼 龙 6工 件 见 图 1 所 示 棒 料 1 6 0 mm 6 1 0 m m 内孔 6个锥度之 间过渡平滑无 明 显台阶 该工件加工成形后壁厚最小处为 8 ram 且 需要通过水 压试验 检验其 强度 确 保无 薄弱部分 以适应工作需要 的用途和其工作 的各种环境 因此 为保证 内孔锥度 的准确性 必须选择小滑板精度高 的车床来进行加工 5 8 究 O O O O 0 6 D l 一 一 2 2 2 8 4 2 8 0 I n 寸 1 1 l f 盈 投 嬲 1 8 4 2 8 l I一 2 0 2 0 5 6 o 一 3 8 2 5 1 3 Z U 2 45 1 一 5 9 3 图1 2 工艺分析及 专用工装设计 1 尼龙材料散热性差 有 弹性 加工时受热 ww v 譬 m e曼 1 w 曼 嬲 r k in M g q O c o m 参 磊 工 冷 加 工 栏目 主 持 魏 莹 易变形 产生分层 开裂 崩落 现象 而该 工件需 加工的孔要 达到 6 0 mm 5 3 7 1 i ll m 显然如果直接 钻孔 切屑难 以排 出 在切 削热很 大的情 况下 切 削液不能到达切削部分 2 孑 L 圆柱度较高 表面粗糙度值 R 1 6 Ix m 必须选用较粗的刀杆 受 内孔尺寸限制且考虑加工 成本 刀杆最大不得超 过 b 6 O m m 由于刀杆细 长 刚性不足 强度低 还要特别注意防止车削时产生 的振动 因此 采用 4 5钢管料加工 刀杆 见图 2 直径为 6 0 ram 孔径为 2 5 m i l l 长度为 7 5 0 ra m 图2 1 刀具2 刀杆3 刀座4 螺钉 3 选择型号 C A 6 1 6 3车床加工该 件 同时在 加工 内孔时必须采用中心架支承工件 在粗车 内孑 L 时 工件受切削力和切削热的影响 外 圆支承处磨 出了较深沟槽 加工 内孔 时产生较 大锥度 0 5 mm 圆度 6 0 2 m m 表面粗糙度值 R 6 3 Ix m 可见采用 传统中心架支承不能保证图样的技术要求 针对传统中心架支 承产生 的问题 改变传统中 心架支承爪为非金属支承爪 的方法 如尼龙 四氟 乙烯等材料来代替 但加工 中产生的切削热和支承 爪与工件长时间磨损影响 加工 内孔时产生锥度为 0 1 5 ram 圆度 为 6 o 0 5 mm 表 面 粗 糙 度 值 R 3 2 m 虽然情况有所改善 但结果不是很理想 为 了最大限度地提高工件质量 避免工件支承处受切 削力和切削热产生变形 尺寸随着温度变化而影响 内孔加工精度 在各处粗车后 采用专用过 渡工装 见图3 进行定位 以保证过盈量在 0 0 1 0 0 3 mm 之间 将工装放 入热水 中加热 使工装膨胀后套在 工件上 过渡工装选用线膨胀 系数较大 的材料 如 铝 2 3 8 X 1 0 黄铜 1 7 8 1 0 图3 采用过渡工装工件 内孔表面粗糙度值达到 R 1 6 1 z m 并保证圆柱度达 t o 0 2 5 mm 3 加工方法 1 用卡盘装夹 工件右端 外圆 粗 车外 圆后 架上 中心架 非金属支承爪 再分多段钻镗孔 先 分几段加工 4 1 1 0 mm X 4 5 0 m m 最后钻到孔 4 6 0 m m 5 3 7 1 mm 2 采用专用刀杆转动小滑板 2 5 在孑 L 4 5 0 mm 处粗加工毛坯 半 精加工外左端 4 1 5 2 m m X 1 2 0 m m 将专用过渡套放在水 中加热后套 在工件上冷却 精 车过渡套外圆后再架中心架 3 孔 4 6 0 m m 5 3 7 1 m m直接用加长钻头钻至 尺寸 开始精车第 二段锥度 采用小 滑板控 制斜边 长度为 2 5 1 2 ram 其斜边长度计 算如下 见图 4 0 D d 2 1 0 4 6 ra m c 2 5 1 2 mm 图4 其中 4 8 0 9 2 m m 5 1 4 2 5 ra m直径方 向可用 中滑 板间接获得 长度方 向可用大滑板刻度 每格 1 m m 保证整 数 小数可 用百分表 获得 其他 锥度 同理 保证加工锥度之间过渡平滑 并无明显台阶 4 精 力 口工 内 孑 L 4 1 2 5 m m 4 3 8 mm 按 孑 L 4 1 2 5 mm的测量尺寸配车 闷头 间隙控 制在 0 0 1 0 0 3 m m之间 需车总长度至 5 9 3 m m 去掉 中心架 用顶尖顶右端 车外 圆弧 R 3 5 0 mm成 台阶状 见 图 5 单边背吃刀量 2 mm 长度 1 7 3 ram 背吃刀量太 大 长度方向台阶较大对成形刀加工圆弧增加难度 径向切削力太大 影响工件尺 寸精度 背吃刀量太 小对加工圆弧相对是较 容易 但降低效 率 综合考 虑 在车长度方 向台阶时 将背 吃刀量 定在 2 mm 在保证圆弧成形 良好的情况下 尽可能地提高加工 效率 同理 车削加工后 用成形刀分段加工 圆弧 R 3 5 0 m m 精 车外 圆 4 1 5 0 m m 4 1 4 6 mm及切槽 达 到图样要求 图5 5 尺寸公差与测量方法 因为尼龙 6的尺寸 随温度变化 而变化 在 精加工几个重要尺寸 时 通 过大量的例行试验 用 同一把经过计量校验 的数字 千分尺 精度 0 0 0 1 mm 在不同温度范围内的测量 同一尺寸 分析尺寸的变化 再将零 件放在恒温室 2 0 c IC 4 h后测量该尺寸 经过数据的比较分析 按 现有工作环境 的所有温度绘制出该零件 的主要尺寸 公差的对照表 附表 按加工时温度计显示的环境 温度情况调整加工尺寸公差 水滴型 尼龙工件部分尺寸随环境温度不同加 工尺寸对照表 单位 mm 室 温 公称尺 0 5 1 O 1 5 2 0 2 5 3 O 3 5 4 0 击 1 2 5 1 2 5 m 0 21 55 i 1 2 5 0 21 I1 1 2 5 0 0l 66 1 2 5 0 01 11 1 2 5 0 0 3 1 2 5 1 2 5 0 1 6 1 2 5 0 2 3 1 2 5 0 3 1 1 5 0 1 5 0 1 5 0 0 32 66 1 5 0 一 00 32 2 22 2 1 5 o 0 15 1 5 o 篙 1 2 5 一 1 5 o 1 0 0 0 20 7 1 5 0 00 1 4 6 1 2 5 0 2 1 1 4 6 1 4 6 0 0 3 43 1 1 4 6 I n 0 32 器7 1 4 6 1 0 0 2 825 1 4 6 I o 0 蔑 1 4 6 0 12 1 4 6 一 1 4 6 0 0 8 1 4 6 1 4 6 0 2 2 参磊 冷 加 v 4t 4 v r l vJ n rl in置O l r曼n魍m 3 9 m V V 在精加工 内孑 L 0 5 1 2 5 mm 4 3 8 m m时 按当时环境 温度在附表 中选择相应尺寸及公差加工 进行测 量 并做了记录 在恒温室放 置 4 h后在工件同样位置进 行测量并记录 所测量得到尺寸均达到图样设计 要 求 4 刀具材料及 主要几何 参数 的选定 选取刀具主要几何参数是否合理直接关 系到工 件加工质量的优劣 非金属尼龙 6的切削性 能良好 选用刃磨性较好的高速钢材料刀具 下 面主要介 绍 刀具前角 后 角 主偏 角 副偏 角及 刃倾 角 的选 定 1 前角 的选择切削力是造成工件变形 的 主要因素之一 因此尽量选用大的前角 这样前 角 刃口锋利 切削层的塑性变形和摩擦阻力小 可 以 提高切削效率 可以有效 降低切 削力 和减少切削热 的产生 但前角过大会降低 切削刃的强度 实践证 明 前角 1 5 2 5 时效果较好 2 后角 的选择适 当的后角可以减少后刀 面与l T件之间的摩擦 提高加工表面质量并延长 刀 具寿命 配合前角调整切削刃和刀头部分 的锋利程 度 强度和散热条件 考虑到切削力对工件加工精 度的影响 应采用较大 的后角 实践证 明 后角 O t 2 0 3 0 时效果较好 3 主偏角 副偏角 的选择对于刚性较 差 的薄壁件加工时 车刀主偏角必须 9 0 主偏角 K 9 0 时 背向力 径 向切削力 达到最小值 将 切削力集中到轴 向 减小 因径 向切削力对工件 的尺 寸影响 实践证明 主偏角 选择 9 0 较好 适当的副偏角可减少副切削刃和工件 已加工面 之间的摩擦 并且可 以改善工件 的表面质 量 减少 副偏角可使刀尖角 s 增大 刀尖强度提高 散热性 好 实践证 明 副偏角 选 K 1 0 1 5 时效 果较 好 4 刃倾角 入 的选择刃倾角 L 的大小和正负 确定了流屑方 向 刃倾 角为正值 时 切削 的切屑排 向工件待加工表 面 切屑不 易擦伤 已加工表面 车 出的表面粗糙度值小 但刀尖强度 较差 刃倾角为 负值时 切屑排向工件已加工 面 容易擦伤 已加工 表面 刃倾角为 0 时 切屑基本垂直 于切削刃方 向 排出 当 0 时 主切削刃同时切人切 出 冲击 力大 当 0 时 主切削刃逐渐切人工件 冲击 4 0 耋 参 磊 小 且刃倾角 的绝对值越大 参加切削的主切削刃 越长 切削过程越稳定 增 大刃倾 角 可使实际切 削前角增大 实际切削刃刃 口圆弧半径减少 使切 削刃锋利 便于实现微量切削 实践证明 入 5 l0 效果较好 5 切削用量的选择 针对水滴型尼龙工件 的车削 为了减少工件的 变形和刀杆颤动产 生共 振对加 工尺寸精度 的影响 采用粗车 精车分步车削的步骤来弱化切削力过大 产生的切削热 而引起 的变形 经过多 次实践证 明 选用以下切削用量可 以取得较好 的效果 具体 工艺 分析见下 1 粗车选择转速 n 1 0 0 r mi n 背吃刀量 n 3 5 m m 在机床转速 工件直径 刀具几何角度 切削深度都确定 的条件下 刀杆不颤动 刚性 允许 的情况下进给量l 厂 增加 工件表面粗糙度值增大 进 给量厂过小 加工效率太低 在经过多次实践 进给 量选取 厂 0 2 0 3 mm r能综合解 决这 方面 的 问 题 2 精车转速 n 1 2 5 r mi n 背吃刀量 1 1 5 mm 厂 0 0 8 0 1 n l l R r 加工过程 中切削速度太高 产生 的切 削热 不能 完全被切削液带走 对工件尺寸的加工精度影 响很 大 特别是加工 薄壁件时更严重 因此切 削速 度不 宜太高 选用合适 的切削用量和合理 的刀具角度 能 达到很好 的表面粗糙 度和较 高的加工效率 经过 多 次实践验证 在刀具按选定几何参数确定的情况下 以上各参数的选择能够较好 达到 图样要求 并最大 限度地提高了生产效率 6 结语 通过对工件特性的