20CrMnTi渗碳淬火细长轴磨削工艺分析.pdf

精密制造与自动化 2016年第2期 50 20CrMnTi 渗碳淬火细长轴磨削工艺分析 柳秀娥1 路玮琳2 冯双玲1（1.河南新平科烟草机械有限公司 河南新乡 453000；2.新乡职业技术学院 河南新乡 453006）摘 要 针对高硬度细长轴磨削效率低和磨削变形的问题，通过设计随动中心架，抵消砂轮给予工件的径向力，增强工件的刚性，减小磨削过程中工件的变形；利用指针式万用表与机床尾座和中心架连接回路来调整中心架，实现在线调整与检测，方便快捷，磨削精度高，效率高；用反击校直法及去应力时效，有效的校正了工件的变形，提高了零件的合格率；通过修整砂轮表面形状，减少砂轮与工件的接触面积，减小了切削力，从而减小工件变形，结合优化切削参数等措施，保证了零件的设计要求。关键词 淬硬细长轴 随动中心架 反击校直 台阶砂轮 1 1 零件分析零件分析 产品中有一种长径比近 50 的细长轴，该零件材料为 20CrMnTi,渗碳深度 0.40.5mm,淬回火硬度HRC5862，如图 1 所示。图图 1 细长轴的零件图细长轴的零件图 该零件不仅硬度高，尺寸及形状误差要求都较高，在磨削过程中因“让刀”会出现两头小，中间大的“腰鼓形”现象，尺寸公差及直线度都不好保证。2 2 细长轴磨削加工难点细长轴磨削加工难点 （1）细长轴刚性很差，在磨削加工中因径向切削力和自重的作用易发生弯曲变形，同时易产生振动，影响表面质量及加工精度。（2）细长轴的散热能力很差，切削中工件受热膨胀会使长度方向产生延伸变形。如工件装夹时顶太紧，会因伸长而顶弯，甚至卡死在顶尖间无法加工。（3）因轴长度较长，磨削时一次走刀过程中砂轮的磨损较大，影响零件的几何形状精度。（4）使用中心架时，如支撑块对零件压力不适当，工件表面会呈现竹节状或棱圆形。3 3 磨削工艺分析磨削工艺分析 （1）该零件因硬度高，刚性差，磨削易变形，去余量困难，因此工艺安排分粗磨和精磨两次磨削。粗磨后，留精磨量 0.150.2 mm，然后进行校直及人工时效消除磨削应力，再进行精磨工序。（2）在磨削加工中采用中心架支撑，增强刚性，提高磨削效率。（3）为消除淬火及粗磨后的变形量，增加了校直及人工时效消除内应力的工序。（4）淬火件磨削时易出现啃刀现象，因此磨削时应尽量减少砂轮与工件的接触面积。4 4 磨削方法分析磨削方法分析 4.1 4.1 中心架的改进中心架的改进 外圆磨床原用中心架安装在工作台上，使用时，工件由垂直支撑块和水平撑块支承着，垂直支撑块和水平撑块分别有相应的旋钮调节，调整时，百分表触头放在与支持块和撑块成 45的外圆上，转动旋钮调整到位。在磨削过程中，使用原中心架存在以下的问题：（1）砂轮相对工件的轴向位置在不断的变化，虽然中心架能抵消部分磨削力，但砂轮给予工件的径向力无法随时抵消，使工件在轴向不同位置产生不同程度的让刀，影响工件的加工精度。（2）在加工过程中不能随时检查工件的变形量，需停机检查，给加工带来不便。（3）对于直径20 的细长轴，因外圆较小，柳秀娥 等 20CrMnTi 渗碳淬火细长轴磨削工艺分析 51 滚子支撑架工件砂轮砂轮罩CB砂轮A向（修整砂轮位置）A向中心架尾座顶尖工件砂轮导线导线指针式万用表手柄榔头（W18Cr4V）铜焊铜焊160刚性差，工件的变形量不好控制，调整很困难，如支撑块对工件压力不适当，会被加工成“竹节”形。（4）虽支持块和撑块采用的是尼龙材料，因与工件是滑动摩擦，挤屑现象的发生会导致工件划伤，对产品质量造成不可挽回的损失。为避免上述问题的发生，在加工该零件时对中心架进行了改进，设计了随动中心架，如图 2 所示。随动中心架通过固定板与砂轮罩固定，中心位置与砂轮中心处于同一平面，并随砂轮的移动而移动。滚子固定架与滑动套之间有绝缘套，用螺钉固定在一起，调节螺杆由限位盘限制轴向位移，通过一端螺纹带动滑动套在支座通孔中滑动，实现滚子（轴承）的前后移动。锁紧螺钉螺纹部分与支座外圆上螺孔配合，端部与滑动套外圆上长槽滑配，限制滑动套的径向位移，当滚子调整到位时，锁紧限制前后移动。滚子支撑架相对滚子固定架有一定范围的旋转，可实现滚子的自动定心，滚子与工件之间为滚动摩擦。定位板可绕定位销旋转，该装置在工作状态时，限位块限制旋转位置，螺钉将定位板固定在 B 位置，保证滚子定心中心与工件中心处于同一平面，修整砂轮时，定位板可旋转到连接板的C 位置，保证修整砂轮空间。图图 2 随动中心架结构示意图随动中心架结构示意图 磨削加工时，用导线将滚子固定架、指针式万用表及尾座顶尖连接成在一起，如图 3 所示。当滚子与工件接触时，形成回路，万用表指针摆动，确定滚子与工件的相对位置。滚子移动距离 0.004 mm，指针的摆动量从 0 到最大读数值之间的摆动值。在工件加工过程中，如“万用表”指针发生变化时，表明滚子与工