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混凝土拖泵紧固杆的防变形加工工艺

2003/07/04 15:43来源:《工程机械与维修》作者:聂福全 翟国红 俞泳

在拖式混凝土泵车的结构中有一些细长轴类零件,紧固杆即为其中之一。该零件材料为45#钢,直径为32mm、长为1800mm,其长径比达60∶1左右,由于其刚性差,在加工外圆时工件会出现弯曲和振动,给切削加工带来困难,并且不易获得良好的加工精度及粗糙度。为此,我们制定了一套适用于该零件的加工工艺,从而保证该零件能达到设计的精度要求,并可极大地提高加工效率。

1.工艺方案的确定

(1)工艺分析与工艺方案的制订

该零件在加工中,受切削力和切削热的作用后易产生变形,其热变形的主要形式是,沿工件轴线方向膨胀伸长。经测量,在加工过程中该零件的平均温度约上升30℃。根据计算,该件的变形伸长量为0.597mm。

除热变形外,由于受切削力的作用,工件也会产生较大的变形。切削力越大,变形量就越大。如果不采取措施,加工后的工件质量就得不到保证。在材料一定的情况下,工件所受的切削力主要与刀具、切削用量有关。因此,设计好工件的刀具、夹具,并选用合适的切削用量,就可以有效地减少该件的变形,提高加工质量。

根据该件的特点和我单位设备的情况,确定该件外圆加工的工艺方案为:采用“一夹一顶”的装夹方法;为减小零件因自重、膨胀及切削力引起的变形,在加工过程中使用支承架和跟刀架;加工过程分为粗、半精、精车3个工步,设备选用加长型C620车床。

(2)工件装夹型式的确定

采用“一夹一顶”的装夹方法时,由于顶尖孔与卡爪基面的同轴度较差,因而易出现装夹过定位问题,使工件发生弯曲变形。为此,我们在卡盘夹紧工件的卡爪面上垫入φ4mm×20mm的钢丝,夹入长度为15~20mm,使工件与卡爪间为线接触,以减少卡爪与工件轴向的接触长度,从而消除过定位问题;在尾座上装弹性活络顶尖,这样当工件因热膨胀发生弯曲变形时,工件和顶尖能作一定的轴向位移,从而减少变形量。

(3)切削用量

粗车时:切削速度为32m/min;走刀量为0.30~0.35mm/r;切削深度为2~4mm。半精车时:切削速度为40m/min;走刀量为0.35~0.40mm/r;切削深度为1~2mm。精车时:切削速度为15m/min;走刀量为12~14mm/r;切削深度为0.02~0.05mm。

(4)走刀方向

在上述夹紧方式下,刀具反向(自机头向尾座方向)走刀,使工件受力后能向弹性顶尖处伸缩,以减小零件的变形量。

2.夹具设计

(1)跟刀架的使用

使用时,用车床中拖板上的螺栓将跟刀架固定在车床工作台的大拖板上。工件装夹后,调整跟刀架的位置及3个支承块,使工件处于支承块的中心位置即可。须要注意的是,跟刀架必须刚性良好。3个支承块的材料为QT60-3,在切削旋转时它们与工件之间为滑动配合。

(2)支承架的使用

由于紧固杆的长度较长,其自身重力引起的变形也不容忽视,在工件下部安装支承架即可以解决这一问题。使用时,将支承架定位板上的V型坡口与机床导轨相配合,并使工件处于两个滚轮中间,再根据工件的高度位置来调整支承架的高度,然后拧紧紧固螺钉即可。

3.刀具材料和几何形状

(1)粗车刀

根据切削原理可知,刀具在切削过程中的切削力P作用于工件半径方向的分力为Py;作用于工件轴线方向的分力为Px。在该件加工时,由于使用了跟刀架和弹性活顶尖,由分力Px引起的变形基本上可以被有效地抑制。因此,只要能将分力Py降低,就可以控制住工件加工过程中的变形了。在刀具的各几何角度中,主偏角对Px和Py的影响最大。当主偏角增大时,Px就会增大,Py就会减小。因此设计刀具时,粗车刀应选择较大的主偏角(75°),这样就能有效地减少加工时工件的切削振动和弯曲变形;为使切削轻快,确定前角γ为15°~20°;将断屑槽的半径R磨至2.5~4.0mm,使刀具具有良好的卷屑作用,并增大实际的切削前角。刀具材料为:刀片牌号为YT15,型号为A117;刀杆材料为45钢,调质处理后的硬度为HB220~250。

(2)精车刀

精车刀应具有较大的前角,刀尖无倒棱,使切削轻快;刀刃的宽度应大于走刀量的1.3倍,以修光工件表面;在刀具上有1°30′~2°的刃倾角,使切屑可以沿待加工表面排出;刀刃必须研磨平直,粗糙度要小。刀具材料为:刀片牌号为W18Cr4V,热处理后的硬度为HRC63~66。刀杆选用弹性刀排。

4.加工时的注意事项

①使用跟刀架时,要注意跟刀架的支承块与工件之间的压力不宜过大。如果压力过大,由于工件在不同加工位置上所受的力是不一致的,会使工件外圆呈“竹节”形。

②加工中,不论是低速切削还是高速切削,一定要使用切削液,以降低工件的温度。一般选用冷却性能较好的乳化液作为切削液。

③应使刀具始终保持锋利状态,以减少切削热。

④加工时,要在跟刀架支承块上涂一些润滑脂,使工件与支承块之间能保持良好的滑转。

5.效果

实践证明,采用上述加工工艺能使零件加工后的锥度误差小于0.04mm,圆度误差小于0.01mm,弯曲度小于0.15mm,不但保证了该零件的加工质量,还极大地提高了加工效率,取得了较好的效果。

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