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不锈钢零件精密深孔数控车加工的方法

 

 

摘要:随着企业的快速发展,对加工材料的多样化需求不断增加,像高温合金、不锈钢以及钛合金等难加工的材料被广泛的应用于各行各业当中。在对这些材料加工的过程中,一定要分析出不同材料中存在的加工差异性。本文针对不锈钢零件精密深孔数控车加工的方法进行了探讨

 

     不锈钢作为一种难加工的材料,在建筑、电力等行业有着广泛的应用。在实际的加工过程中易硬化、易产生积屑瘤等特性,而且导热性较差,所以针对这种现象对不锈钢零件的加工工艺方法进行了探讨,通过使用数控车加工可以更加精准的加工不锈钢零件,提高了工作效率。 

一、典型零件分析 

1 基本情况分析 

某零件为精密不锈钢零件,硬度为2226HRC,材质是2Cr13不锈钢,在零件中设置多个深孔,特别是Φ等于(去掉)17.5mm内孔是该零件的重点加工对象,直接影响到了整个零件产品的质量。同时,为了确保不锈钢零件加工的精准性,更要注重对内腔各孔的铣削加工的严格把控,才能满足尺寸、位置以及精度的要求。 

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2 加工难点分析 

通过上图可以看出,由于零件结构的特殊构成,在内腔车削时只能采用螺纹胎具的定位方式进行装夹,图中工作断面与轴向定位面的距离为156mm,由于工件加工的特殊要求,而且重心不规则,所以在装夹系统中就很容易失衡。在深孔数控车加工时,Φ17.5mm的内控深度达到了121mm,是高的七倍之多,镗削刀具的长径比超过了十倍,所以就增加了刀具的装夹的难度。同时对于尺寸精度、同轴度、垂直度都有很高的要求,如果在加工的过程中出现一点误差,都可能会对零件的实用性能造成严重的影响。所以对于不锈钢精密深孔的数控车加工要对刀具的选择、切削参数以及工艺路线的设置等都要有严格的要求,这些因素都会影响到该零件加工之后是否合格。 

二、工艺路线的设计及加工刀具的选择 

根据该零件的特点以及加工的难点,可以制定出以下数控车削工艺路线:粗车内外形—半精车内外形—精车内外形—精车Φ17.5mm内孔—精车内孔环形槽—车端面槽。 

1、刀具的选择 

要根据不锈钢自身的特性,从各方面综合考虑选择合适的刀具。包括以下四点:

①为了避免出现工件脱落的现象发生,所以就要选择与螺纹胎具螺纹反向的右手刀具。

②要尽量选择刀具的形状及切削槽形中\切削力最小的,这样就可以减少对零件刚性的影响。

③刀尖的圆弧要适中。圆弧过大,会产生颤纹;圆弧过小,刀尖容易损坏,影响了刀具的使用寿命。

④在刀杆的选择上要选择内冷却的形式,这样在加工的过程中就会使零件得到充分的冷却,同时还要对排屑方向做好相应的控制。所以根据以上情况选择以下的刀具:

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2、工件的装夹 

由于不锈钢零件的结构特征,只能通过采用螺纹胎具对轴向定位面进行定位。在安装螺纹胎具的时候要保证精准性和严密性,确保螺纹和主轴同轴。在螺纹胎具材料的选择上也要有一定的要求,要使用40Cr材料作为基体材料,然后经过热处理式硬度发生变化,达到28—32HRC才能满足加工的需求。同时还要保证在螺纹胎具上的导向面的粗糙程度Ra不能大于1.6ųm,圆柱定位面的长度不能大于1.5mm,这样就能够保证在加工的过程中不会出现错位的状况。 

3、切削参数及内孔测量方式 

根据零件的各参数以及精度,通过在表面粗糙程度的计算公式基础上Ra=50f2/r(不通顺);其中r代表刀尖圆弧的半径,f代表刀具的进给量。然后通过在刀具手册上找到对应的切削参数,就可以得到对应的数值,所以不锈钢精密深孔的刀具切削参数为下图所示:

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在对零件加工的过程中要时刻的关注刀片的磨损程度,要及时的更换刀片,减小对零件产生的不良影响,避免出现螺纹胎具与工件的“研死”状况。 

对于内孔的测量,在内孔Φ17.5mm上存在0.018mm的公差,如果是采用内径三爪千分尺对内孔进行测量,会存在更大的误差,而且在测量的过程中还可能会对内孔造成划痕,所以应该使用气动测量仪进行测量,因为它的测量精度能够精准到0.001mm,而且使用氮气作为主要能源,在测量的过程中一般不会对内孔造成影响,而且精度很高。 

4、冷却方式及排屑问题 

在切削方式上要选择刀杆内冷却与刀座外冷却相结合的方式,使用的切削液要使用水溶剂极压切削液,这样更能保证冷却的效果达到最佳效果。在进行外冷却的过程中要将切削液与刀尖的部位一致,就能够将刀尖与零件接触的部位快速的冷却,避免了在加工切削的过程中切削热对零件产生的不良影响。 

由于该不锈钢零件的内孔长径比较大,所以在进行镗孔的过程中,在半精车、精车的每个加工环节都要暂停检查,将切屑及时的清理干净,避免切屑缠绕在刀杆上对零件产生划痕,严重的可能使刀尖断刃。 

三、不锈钢零件精密深孔数控车加工过程及注意事项 

将螺纹车胎旋入到机床中,然后利用扳手将其固定好,通过在百分表的测量下,使工件的径向圆跳动与端面圆跳动不能超过0.002mm,为了防止在加工的过程中刀具的切削力太大,切削不稳定的状况,就要在没加工十件就要用百分表测量一次,这样就可以避免螺纹胎具产生位移,对加工的零件精度产生影响。同时还要保证在加工的外圆、端面槽时,要控制切削的速度、进给量不能太大,避免对端面槽和外圆上产生振纹;在加工内孔时,由于镗孔道与内孔直径距离很近,所以就要用百分表测量出道具(什么道具?)的垂直位置;在精加工的过程中要排屑干净,避免切屑对零件盒刀杆产生的(去掉)影响,对深孔精加工的过程中要(加个“把”)加工余量要控制在0.060.1mm之间。在以上所有的加工环节中都要对切屑形状、内孔表面粗糙度以及刀尖的使用情况进行及时的检查,保证机床的所有设备处于正常的运行状态,还要及时的更换刀片,确保零件加工的质量。 

通过以上的方法进行实际的验证,对上百多件的零件加工后,测量不锈钢内孔的粗糙度值为09 ųm,圆柱度为0.002mm、垂直度为0.006mm,其他各参数都符合加工的要求,所以该方法的加工合格率达到98%以上,在很大程度上提升了加工的效率。这种数控车加工的方法对不锈钢零件、精密深孔以及端面槽零件车削加工的工艺提供了良好的技术支撑,提高了零件加工的精准度,同时也节省了材料的使用。


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