转向器壳体密封槽加工工艺改进研究.pdf

转向器壳体密封槽加工工艺改进研究 张红娅1 2 杨建新1 云乃彰2 1 豫北转向系统股份有限公司 河南 新乡摇 453003 2 南京航空航天大学 机电学院 江苏 南京摇 210016 摘摇 要 根据零件结构特点 改用铣削工艺替代原来的车削工艺加工转向器壳体密封槽 通过对设备 夹具 刀具 程序 及加工工艺参数多因素的试验研究 实现了密封槽铣削成形 能稳定达到设计要求的位置精度与表面粗糙度 关键词 转向器密封槽 铣削 同轴度 表面粗糙度 中图分类号 S781 61摇 摇 摇 摇 摇 摇 文献标志码 A摇 摇 摇 摇 摇 摇 文章编号 1007 4414 2014 05 0099 03 Improvement Researches on Processing Technology of the Sealing Groove of Steering Gear Housing ZHANG Hong ya1 2 YANG Jian xin1 YUN Nai zhang2 1 Yubei Steering System Co Ltd Xinxiang Henan摇 453003 China 2 College of Mechanical and Electronic Engineering Nanjing University of Aeronautics and Astronautics Nanjing Jiangsu摇 210016 China Abstract According to the technological characteristics of parts the milling process is chosen instead of turning to machine the steering housing seal grooves in this paper By studying and testing equipment clamp cutter procedure and cutting pa鄄 rameters the milling of seal grooves is realized and could meet the steady positional accuracy and surface roughness that were demanded in the design Key words steering gear sealing groove milling coaxiality surface roughness 0摇 引摇 言 汽车液压助力转向器壳体起着支承内部零部件 并保持相对位置的作用 其良好的密封性能是维持液 压压力以实现良好助力的重要条件 壳体密封槽与 密封元器件配合 是杜绝壳体内部高压液压油不泄漏 的原始条件 密封槽有两处要求 对密封性起着关键 作用 如图1 所示 槽底面粗糙度为 Ra1 6 滋m 槽对 轴承孔的同轴度为 0 05 mm 图 1摇 壳体密封槽尺寸示意 摇 摇 密封槽原采用车削成形 由于壳体外形的不规则 特征 所获工件位置误差难以完全消除 原因是以车 床主轴高速回转使工件与夹具产生离心力为主 加上 夹具较难调整带来的安装误差 虽经多次改进 仍然 难以将误差降到规定范围 检测表现为密封槽加工表 面粗糙度及同轴度未能稳定达到设计要求 使用中经 常出现密封槽处漏油 1摇 密封槽加工改进方案的选择 为彻底解决上述问题 必须寻找一种更合适的工 艺方式 工艺改进 首先从原理分析可行性 铣削亦用于 槽加工 铣刀高速旋转 工件通常处于相对静止状态 从而获得所需的形状 尺寸和特征 1 工件静止 避 免运动附加离心力影响 加工前后在夹具上的位置不 改变 工件位置精度容易控制 另一方面 机床主轴 转速可以提高 对改善工件加工表面粗糙度有利 2 鉴于壳体轴承孔加工原先在加工中心进行 改进 方案设想将铣槽工序与轴承孔加工工序一并移入加 工中心完成优点如下 淤一次装夹 夹具无移动 完全 消除工件回转形成离心力的影响 密封槽与轴承孔的 同轴度易于保证 于加工中心主轴转速可能提高 密 封槽加工表面粗糙度能够改善 2摇 转向器壳体密封槽铣削工艺研究 工艺实现 通过由机床 刀具 夹具及工件所构成 的工艺系统落实 循环球式动力转向器壳体密封槽 的铣削工艺原理可行 具体到槽宽为 7 5 mm 单边深 度达 4 5 mm 表面粗糙度为 Ra1 6 滋m 并要实现精 度稳定的批量生产 存在非常高的难度 必须选择合 适的工艺系统构成 确定合理的加工参数 通过试验 才能对改进方案作出评估 99 机械研究与应用 2014 年第 5 期 第 27 卷 总第 133 期 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 应用与实验 收稿日期 2014 07 29 作者简介 张红娅 1974 女 河南夏邑人 工程师 研究方向 汽车转向器加工制造技术 2 1摇 机床的选取 机床选取 根据所需精度 工作台尺寸 行程及刀 库容量等加以确定 3 选用设备为台湾某品牌的立 式四轴加工中心 如图 2 所示 图 2摇 立式四轴加工中心 NB 800A 2 2摇 刀具的选取及制作优化 2 2 1摇 刀柄的选取 现有加工中心的主轴锥孔锥度为 7 颐 24 可提供 铣刀需要的较高夹持力矩和抗弯静刚性 主轴转数低 于 6 000 r min 考虑成本 选择 BT40 侧固式刀柄 2 2 2摇 刀具的研制 刀具研制 要考虑工件加工特性 以及刀片与刀 柄的可靠联接 转向器壳体材料为 QT450 10 切削 区域狭小 切削时有一定冲击 刀片受力集中 刀片 应有高硬度 高强度 高韧性及抗断裂的良好性能 并 应具有较高的耐磨损性 能在批量加工中使用 2 2 2 1摇 刀片材料 密封槽加工 要求铣刀片有较高的韧性及抗弯强 度 考虑实用切削速度一般低于 500 m min 选用刀 片材料为 K 类进口硬质合金 牌号为 K10 2 2 2 2摇 刀具结构与几何参数 密封槽铣削采用非标刀具 国内难觅可供选择成 品 尝试参考国外刀具实物设计 再经试验改进 确定 刀具结构和几何参数 1 刀具结构的确定摇展览会展现一种国外非 标铣槽刀具 如图 3 所示 刀柄为直柄 带扁平安装 基准面 采用可更换刀片结构 刀片系硬质合金材质 表面有涂层 图 3摇 国外某公司铣槽刀具 摇 摇 这种刀具为分体式结构 刀片与刀柄通过螺钉联 接紧固 受结构限制 螺钉直径很小 扭紧力矩有限 其联接强度仅限用于铣削宽度 5 mm 以下的内槽 若 宽度增大 刀片将因刚性不足而碎裂 此种刀片价格 也较高 试用该刀具发现 如紧固力过大 螺钉易损坏 若 紧固力过小 刀片会些许移位导致碎裂 且因壳体密 封槽宽 7 5 mm 需两次走刀 加工效率低 还可能出 现让刀 在接刀处残留台阶 不能达到密封槽最终要 求 考虑这种刀具结构很适合内槽部位加工 借鉴其 结构形式 进行刀具开发研制 刀柄加三切削刃刀头的分体结构对刀具刚性影 响很大 国内厂家开限位槽的精度尚达不到要求 改 用硬质合金刀片整体焊接到刀柄的举措 这样 刀具 整体刚性得以提高 使用装夹拆卸方便 便于刃磨 成 本也远低于进口产品 为进一步增加夹持力矩 提高刚性 刀柄较国外 刀具适当增粗 再根据加工中心制作夹持部位 与标 准刀柄形状尺寸一致 维持联接的互换性 2 刀片几何参数的确定摇 刀片几何参数参考国 外刀片 再结合试验结果分析进行设计和最终确定 研制的铣刀取前角为 8毅 参照切断刀 主后角 一般取 25毅 副后角取 1 5毅 根据刀片结构及几何参 数的制定 最终刀具如图 4 所示 2 3摇 铣削夹具 夹具为手动夹紧 采用精定位基准一面两销定 位 使用 V 型块定位加大压紧受力面 又为增加刚 性 活塞孔下方增加辅助支承 从上方实施压紧作用 夹具结构如图 5 所示 图 4摇 研制铣槽刀具实物摇 图 5摇 立式四轴加工中心铣削夹具 2 4摇 对壳体半成品工艺规程的改进 改用加工中心铣槽 一刀进给 处于间断切削状 态 所受冲击力使得刀片易出现打刀与崩刃现象 如 何减少加工冲击力作用 不仅要从刀具考虑 还可从 工艺安排来减少刀具损坏 壳体粗加工前 先粗车密 封槽 工序余量改为槽的两侧及底边各仅留 1 mm 余 量 铣槽切削力就会大大减少 减轻对刀头冲击 刀片 崩刃现象就会减少 还可降低刀片磨损 降低成本 2 5摇 走刀程序的制定 数控加工的工艺分析是编程前的重要准备工作之 001 应用与实验摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇2014 年第 5 期 第 27 卷 总第 133 期 机械研究与应用 一 对实现优质 高效和经济的数控加工具有极其重要 的作用 4 合理选择进给路径 根据加工材料 刀具 机 床选择合适的切削参数 才能达到图纸的要求 5 试验之初 选择直接切入方式 如图 6 所示 刀具 受冲击力较大 接刀处存在明显刀痕 遂改程序为螺 旋线切入 改善明显 如图 7 所示 图 6摇 铣刀直接切入走刀摇 摇 图 7摇 铣刀螺旋切入走刀路 路线示意图线示意图 2 6摇 加工参数的选取 对铣削工件表面质量影响最大的因素是切削参 数 为在较少试验次数下充分考察主轴转速 切削深 度 进给量等切削用量对表面粗糙度的影响 设计正 交试验方案 以密封槽底部表面粗糙度 Ra 为考察 指标 以机床主轴转速 切削深度 进给量为影响因 素 列出因素水平表如表 1 所列 表 1摇 因素水平表 摇 摇 摇 摇 水平 因素摇 摇 摇 摇 水平 1水平 2水平 3 A 主轴转速 r min 250030003500 B 切削深度 mm 0 511 5 C 进给量 mm min 404550 表 1 中各因素水平是结合实际生产条件选择的 已在前期刀具研制试验中使用过 也符合刀具制作厂 家的建议值 因素水平表选用正交表 L9 34 试验 对 3 件工件进行 试验数据及结果分析如表 2 所列 表 2摇 密封槽底面粗糙度试验结果 摇 摇 摇 摇 因素 试验号摇 摇 摇 摇 1 A 主轴转速 r min 2 B 切削深度 mm 3 4 C 进给量 mm min 表面粗糙度 Ra 滋m 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 2500 1 2500 1 2500 2 3000 2 3000 2 3000 3 3500 3 3500 3 3500 1 0 5 2 1 3 1 5 1 0 5 2 1 3 1 5 1 1 0 5 2 1 3 1 5 1 2 3 2 3 1 3 1 2 1 40 2 45 3 50 3 50 1 40 2 45 2 45 3 50 1 40 1 287 1 344 1 54 1 236 1 035 1 238 0 946 1 064 0 956 T1 T2 T3 4 171 3 509 2 966 3 469 3 443 3 734 3 589 3 536 3 521 3 278 3 528 3 84 移Ra 10 646 軈 T1 軈 T2 軈 T3 1 390333 1 169667 0 988667 1 156333 1 147667 1 244667 1 196333 1 178667 1 173667 1 092667 1 176 1 28 R0 4016670 0970 0226670 187333 优水平A3B2C1 主次因素A C B 最优组合A3B2C1 摇 摇 通过正交试验 确定最优加工参数分别为 主轴 转速为 3 500 r min 切削深度为 1 mm 进给量为 40 mm min 3摇 结摇 论 转向器密封槽以铣削替代车削成形