LENSTAR
MACHINERY

如何满足加工孔的粗糙度要求(一)

来源:如何满足加工孔的粗糙度要求(一)作者:李经理网址:http://www.jnusm.com浏览数:909 
文章附图

   发动机、变速器的加工零件,其重要孔的加工不但要达到形位公差要求,而且其孔壁的粗糙度要求也要满足。因此,了解、分析加工孔粗糙度达不到要求的原因,采取有效措施满足加工孔的粗糙度要求等,也是现场技术支持人员应该重视和具备的能力。

孔加工刀具,按照工艺可分粗加工刀具、半精加工刀具和精加工刀具。精加工刀具不但要满足孔径要求、形位公差要求,而且还必须达到图样的粗糙度Ra要求。常见孔的精加工刀具有铰刀、镗刀和珩磨头等。加工孔壁的粗糙度值,一方面直接由使用刀具的切削角度(主、副偏角,刀尖圆弧)和刀具的切削进给量决定;另一方面还受其他相关因素的影响,如材料的弹性变形、设备的振动、刀具的磨损、夹具的松动以及毛坯缺陷等,这些都有可能导致零件加工后的表面形成微小的峰谷、拉毛和划伤等缺陷。

根据切削原理,刀具的切削角度和刀具的进给量决定粗糙度值的大小,我们可从车加工过程来了解。由图1可知,刀具的切削角度和切削参数(进给量f)的变化造成粗糙度值的变化,粗糙度值的大小对刀具的切削深度ap没有直接影响。刀具的主、副偏角使被切削层材料不能完全被切除,而在已加工表面上形成间距等于进给量f的螺旋状条纹(残留面积),残留面积高度Hmax愈大,粗糙度值也愈高。

由此推理,当刀尖圆弧半径rε=0或者rε≠0时,其残留面积高度Hmax为:

零件在切削过程中,孔壁的粗糙度达不到要求,如果仅仅是刀具车加工示意图(见图1)上所示的原因,解决起来并不困难。比较麻烦的是零星出现粗糙度值超差或前面加工一直能正常满足粗糙度值,后面突然出现粗糙度达不到技术要求的现象。这时候就需要我们去分析、解决,找出现象的真正原因。

常见加工孔孔壁的粗糙度失效模式有以下三种:

1   粗糙度值太低

孔壁的表面粗糙度数值小,会提高配合质量、减少磨损及延长零件使用寿命。但加工孔孔壁的粗糙度有时候不一定是越低越好,太低有时候也满足不了功能要求。如缸盖的导管孔孔壁、缸体的缸孔孔壁和缸盖水闷盖的孔壁等,不但有粗糙度最大峰谷高度Rz要求,而且还有粗糙度最大谷值Rv要求,后者是为达到产品功能需求而设置的,即滞油和滞胶等作用。例如:气门导杆与导管的配合,气门导杆在工作状态进行上下运动时,导管孔孔壁的粗糙度值太高会造成气门导杆的拉毛,加快配合间隙的增大,而导管孔孔壁的粗糙度值太低,会影响导杆通过配气机构飞溅出来的机油润滑功能的保持,很少的机油在孔壁很难起到滞油的作用。又如,缸盖水闷盖孔孔壁的粗糙度值也不能太低,否则将影响到水闷盖在压装以后的密封性,即造成水闷盖与缸盖水闷盖孔壁的配合中密封胶滞留量减少,导致密封性能的降低。

孔壁的粗糙度值太低还直接反映在配合的摩擦系数上面,在有一定量的过盈量配合中,会降低配合的摩擦系数,使其达不到产品设计的要求。

2 粗糙度值太高

加工孔孔壁的粗糙度值太高,其失效后果显而易见,影响配合时的过盈量和零件的耐磨性等。粗糙度值太高对间隙配合来说就更易磨损,使工作过程中的间隙逐渐增大;对过盈配合来说,减小了实际有效过盈,降低了连接强度;而对需要起到密封效果的孔壁配合,粗糙度值的上升增加了密封效果出现泄漏的风险,影响零件的最终密封性等。

3 部粗糙度没有达到要求(拉毛、划伤等)

工孔的孔壁粗糙度局部没有达到要求,将直接影响到装配、配合精度,增加密封过程中的泄漏风险等。如拉毛严重的孔壁与运动件的轴配合存在的潜在缺陷是:轴在运动过程中会渐渐恶化配合状况,直至孔壁最终“咬死”运动件。

粗糙度值超差的实效原因

实际生产中,加工孔孔壁粗糙度超差的失效原因颇多,刀具、设备、加工工艺、切削液和毛坯等都会是造成加工孔孔壁粗糙度不理想的失效原因之一。

1 具原因

加工孔的粗糙度不好,刀具是第一要考虑的原因。刀具的结构选择不合理,刀具使用寿命的设定不合理,刀具的切削角度存在设计上的缺陷,刀具的径向、轴向的刃口跳动偏大,以及切削刃尺寸不等高、刃口崩刃和刃口非正常磨损等,都是造成粗糙度满足不了的原因。刀具结构不一样,造成粗糙度不好的原因也不一样。如铰刀加工时的粗糙度不好,通常是如下原因:铰刀已用钝或已损坏,选用的铰刀不正确,中心线不重合或振动,铰孔余量过大或过小,铰盲孔时碰到底部,以及刀具切削速度过高、过热、有刀痕和擦伤等。而由于镗把刀具的原因造成粗糙度不好则又有其他原因。所以在查找刀具引起粗糙度不能满足的原因时,应该首先了解刀具的结构可能存在的缺陷导致粗糙度超差的影响因素,这样才能够查找到问题的真正原因。

2 设备原因

设备的主轴刚性、主轴振动加剧、丝杠的磨损、夹具夹紧力下降及夹具螺栓松动等都会引起加工孔孔壁的粗糙度值下降。

3 加工工艺原因

加工工艺的安排不合理往往也会影响到加工孔的孔壁粗糙度值。如切削参数之一的进给量设定不合理,造成加工孔的粗糙度达不到要求;前后影响的加工余量、加工顺序的颠倒等同样会影响到粗糙度不能够满足等。

4 切血液原因

切削液浓度下降、有杂质、压力不足以及没有对准刀具切削刃口等都会造成粗糙度不好。

5 毛坯原因

毛坯铸造过程中没有消除的硬质点,也是造成粗糙度达不到要求的一个原因,如刀具的锋利刃口在加工铝合金材料的初始阶段,加工孔壁出现细小缩孔;毛坯在不是加工孔径位置的多肉会干涉到镗把,造成轴向振动或径向推力的突发性增加,致使导条挤压已加工孔壁或划伤孔壁;毛坯的孔壁太薄,造成加工中孔壁的支撑力度不够而出现振纹等。

6 叠加原因

粗糙度满足不了加工的技术要求,有时候问题的出现往往没有主要原因,而是一个个的次要原因。只是这种次要原因叠加在一起的时候出现了加工粗糙度要求的不满足,一旦消除或降低了某一方面的不利因素,或许问题的表象就淡化了,也就满足了加工对象的技术要求。