高精度锥面加工工艺方法分析

高精度锥面加工工艺方法分析 本文关键词：锥面，加工工艺，方法，分析

高精度锥面加工工艺方法分析 本文简介：摘要：针对高精度锥面加工工艺方法进行了研究，由于零件材料硬度高，且加工批量大，锥面的加工质量不稳定。以阀座类产品为例，通过对锥面加工工艺进行分析、研究，从工艺方法、加工设备及刀具选择等方面综合考虑，制定出了可行的工艺方法，使其满足要求。关键词：高精度；高硬度；锥面；加工工艺引言本文以高压共轨柴油燃油

高精度锥面加工工艺方法分析 本文内容：

摘要：针对高精度锥面加工工艺方法进行了研究，由于零件材料硬度高，且加工批量大，锥面的加工质量不稳定。以阀座类产品为例，通过对锥面加工工艺进行分析、研究，从工艺方法、加工设备及刀具选择等方面综合考虑，制定出了可行的工艺方法，使其满足要求。

关键词：高精度；高硬度；锥面；加工工艺

引言

本文以高压共轨柴油燃油泵关重件阀座为例，对高精度锥面加工进行研究。阀座质量对高压共轨燃油泵的性能有重大影响，因为阀座需在500MPa高压下工作，要求密封性完好，无泄漏，所以对起密封作用的关键部位88°锥面的要求非常高。即给出的技术条件是角度公差±0.5°，锥面粗糙度要求为Ra0.3、圆度≤0.005mm、直线度≤0.002mm、跳动≤0.008mm，大批生产质量不稳定。因此，为满足大批量生产，并使锥孔精度满足要求且质量稳定可靠，必须从加工方法、加工设备、刀具（砂轮）选择及加工参数等方面进行优化设计。

1零件结构简介

零件材料：M50；热处理硬度：HRC62～66；零件结构如图1所示。

2锥面加工工艺难点分析

（1）此阀座锥面的主要加工难点在于88°锥面公差只有±0.5°，且锥面长度仅有1.3mm，锥面较短，加工尺寸不稳定；另外，粗糙度要求精度为Ra0.3。由于材料硬度较高，所以普通的车削加工难以保证角度公差及粗糙度要求。（2）锥面与准3.5+0.020孔的跳动要小于0.008mm，为保证跳动要求，准3.5+0.020孔必须和锥面一次加工而成，不能分工步加工。（3）锥面圆度≤0.005mm，锥面直线度≤0.002mm，要求锥面的形状要很好，不能有一丝缺陷及加工不起来的情况。

3解决措施

3.1加工路线的确定

因为此零件锥面精度要求高，所以必须分粗精加工，在热处理前将零件形状加工完，因热处理后零件会产生变形，所以热处理后留余量精加工零件，因零件属回转体，粗加工选择数控车床进行，但考虑到88°锥面精度要求，且热处理后材料硬度会达到HRC62～66，所以在热处理后选择数控车床车锥面是满足不了加工要求的，故首先考虑到的是选用内圆磨床进行锥面精加工，加工步骤：车零件外形—热处理—精磨锥面与内孔。3.2加工设备的选择车零件外形因为是粗加工，选用普通数控车床就可满足要求，如需外形一次装夹加工完成，可选用纵切机，推荐设备型号SPRINT-20，与普通设备相比，可将零件周边径向孔一并加工，提高加工效率。精磨锥面与内孔，因前期此零件在试制过程中使用了多种内圆磨床进行加工，根据加工数据对比，加工稳定性较好的设备是瑞士磨床S145和CT450。这两种设备的精度较高，从加工精度上讲可以满足加工要求。

3.3装夹方式

此零件磨内孔与锥面装夹时用大外圆（准12），因为要保证总长尺寸14.3±0.05mm，所以选择C端面定位。装夹方式中最关键的一点就是三爪，三爪选用镗过的软爪，软爪的跳动保证在0.01mm以内，这样才能保证锥面圆度不超差。

3.4刀具的选择

因锥面与A孔有跳动要求，所以A孔必须与锥面同时加工，且A孔的加工质量好坏也是直接影响跳动合格与否的重要原因。刀具（砂轮）的选择方面，精磨锥面和内孔所选用的磨头至关重要，此零件在加工前期，由于对磨头没有做过多的要求，所使用的磨头结构不合理。加工直孔的磨头如图2所示，其缺点是磨头杆材质为普通不锈钢，磨头细长，刚性差；锥面磨头如图3所示，其缺点是磨头涂层材料选用的是普通金钢砂，易磨损，磨头杆是普通不锈钢材质，刚性差。由于以上两个磨头存在的问题，造成锥面和A孔加工后经常出现沟痕，且尺寸不稳定，无法满足图纸要求。解决方法：对以上两个磨头结构进行重新设计优化。对直孔磨头，将有效磨削面长度减少，从前期的2cm更改为1cm，结构上将磨头与磨杆直面连接更改为锥面连接，磨头选用CBN涂层，磨杆选用合金材质，更改后的直孔磨头如图4所示；对锥面磨头，缩小磨杆与磨头的直径比例，磨头杆直径选用5mm，磨头直径选用5.6mm，单边镀层厚度为0.3mm，磨杆选用合金材质，增加刚性，且将磨头材料由镀金钢砂更改为立方氮化硼，更改后的磨头更耐用，加工尺寸更稳定，如图5所示。

3.5锥面关键加工参数的设置

为了确保大批量生产，关键加工参数设置很重要，在零件的加工过程中最常见的质量问题是88°锥面有加工不起来的现象，从而导致锥面圆度及跳动超差的情况。经过分析查找，主要原因是在粗加工零件时对锥面磨削留的余量太小。改进方法：粗车88°锥面时对锥面孔口直径尺寸缩小缩严，由准6.26±0.1更改为准6.24±0.08，单边磨削余量为0.05mm，如果磨削余量太大，会造成磨头磨损加快，加工尺寸不稳定。所以经过多次试验验证，0.05mm是一个较理想的余量值。内圆磨削加工参数：经过多次试验，将砂轮磨削时的线速度设置为16m/s（转速约为56500r/min），零件转速为200r/min。磨头分三段进给，第一段当磨头接近工件后，进行磨削位置搜索，此时进给速度设置为2mm/min；第二段是当磨头接触零件后，进入磨削，进给速度设置为0.2mm/min；第三段是光磨，为保证粗糙度要求，磨头在到达最终尺寸后光磨，进给速度与第二段一致。具体加工参数如表1所示。在锥孔磨削时，为了保证磨削质量及尺寸稳定性，需对磨头进行修磨，推荐修磨频次为1/10。准3.5+0.020直孔磨削质量是影响跳动0.008mm的关键，所以将直孔磨削关键点和参数一并加以说明：经过多次试验摸索出最佳磨削余量是0.05mm，单边余量0.025mm，磨削方式选震荡磨削，砂轮线速度设置为10m/s（转速约为61600r/min），零件转速为200r/min，磨削进给速度设置为0.2mm/min，走刀磨时的进给量为0.002mm，光磨次数推荐为10次。另外需要关注的一点是，磨削时，磨削面需得到充分冷却，建议使用主轴内喷和外喷相结合的方式进行磨削液喷淋冷却，这样有利于表面粗糙度的提高。通过以上参数的优化设计，阀座锥面尺寸、粗糙度、形位公差都能满足要求，且加工尺寸非常稳定，具体尺寸如表2所示。通过对过程能力指数进行计算，角度、粗糙度、跳动、圆度、直线度CPK值均达到1.7以上，质量稳定，满足客户要求。

4效果及意义

通过对高硬度精密件锥面加工方法的研究及改进，大大提高了此类零件批量生产合格率。目前这种方法正用于公司类似零件的生产加工中，它保证了产品质量的同时也提高了生产效率，满足了客户需求，从而争取了更多订单，为公司带来了较大的经济收益。

5结语

本文针对高精度锥面加工方法进行了工艺研究，分析了加工高精度锥面时需要注意的加工事项，并提出了有效的解决措施，进行了有针对性、卓有成效的改进，取得了较好的成果，为公司后期开发精密件产品奠定了技术基础。

［参考文献］

[1]赵如福.金属机械加工工艺人员手册[M].4版.上海：上海科学技术出版社，2006.

[2]郑文虎.机械加工实用经验[M].北京：国防工业出版社，2003.

[3]杨叔子.机械加工工艺师手册[M].2版.北京：机械工业出版社，2011.

[4]李兆松.磨削加工技术[M].北京：机械工业出版社，2012.

作者：乔丽 单位：中国航发贵州红林航空动力控制科技有限公司