机械工程学院
摘要:文章通过对某机械装置部件斜管上的斜孔的夹具的设计以及加工工艺分析，该部件外形尺寸较大，加工要求高，如图1所示，属于外形不规则的零件之一，文章就加工过程中对斜孔部分的加工工艺及夹具设计作一说明，在数控车床上使用专用夹具加工斜孔零件，通过改进工艺实现平面磨削加工。
关键词:斜孔零件；工艺分析；夹具设计
该机械装置斜管是一个典型的斜孔零件。在生产过程中，机构将材料等自大压辊输出，经小压辊牵引、压紧以一定的条状，有规律地由斜管通过条筒，以供下道工序使用。
斜管是铸造件，材料为HT200，形状如图1所示，要求加工后，接触棉条的端面、内孔、倒角斜面以及它的相交处粗糙度都达到Ra1.6μm，确保生产过程中不粘产品。
图1
一、工艺分析
该零件为直径320mm，高140mm的大尺寸，非规则零件，所需加工孔径为38mm，倾斜45°加工要求高。针对该厂现有设备车床，现决定采用以下工艺进行加工，其工艺流程为：（1）划线：划出校正圆，打样冲眼，便于该零件在车床上安装找正定位。（2）在车床上用花盘角铁装夹零件，以校正圆为基准进行孔加工。（3）加工外圆、端面取总长时使用反爪夹紧零件。加工端面时留约0．1mm的精加工余量，后用油石磨削端面达到粗糙度Ra0．8μm。（4）通过手工修光斜面以及相交线。
二、夹具设计
典型斜孔零件斜管的夹具设计,如图2。夹具主体是花盘、角铁及45°斜面夹具板连接而成，以零件的法兰面为基准，定位在45°斜面夹具孔（?320 mm）内，用4个均布压板压紧零件，通过M12紧定螺钉紧固，如图3。调节角铁在花盘上的位置必须使Φ38 mm斜孔部分的轴心线与车床主轴的轴心线平行，这样才可以进行孔加工，否则就有可能把孔打偏而报废。加工时，整个零件包括夹具是偏心的，故要加平衡块，经过试验平衡块为Φ60 mm×50 mm铸铁块三只，用M12螺钉对称紧固联接在花盘上，并对夹具进行手动旋转，确认无碍，方可开动车床进行加工。
图2
图3
三、内孔加工
1.校正
以事先划线划好的校正圆为基准,先将划针靠近校正圆,车床调到空挡位置，用手转动夹具,观察零件校正圆在转动时划针是否一直在划线上,如不在调整角铁在花盘上的位置,其调整量为划针与划线间偏移量的一半。处于校正圆划线下的向上,而对面的向下调节.如此反复调整,当零件旋转一圈,校正圆划线不偏离划针即为校正好，在观察调节时应注意操作者、划针、校正圆之间的位置，避免因为视觉偏差造成的校正误差。
2.钻孔
此斜孔零件的孔径不大且孔深较深,所以在钻孔时由于麻花钻的导向性能较差，钻削时麻花钻容易在孔中发生偏斜，故应在麻花钻前刀面或后刀面分别磨出分屑槽，使切屑成崩碎状，方便切屑顺利排出。
在车床将零件校正好后，使用刃磨好分屑槽的Φ36mm锥柄麻花钻直接插入车床尾座套筒内，开始钻削内孔，钻孔主轴速度选择200r/min，在即将钻通时，由于孔的背面是斜面，容易使麻花钻出现受力不均匀，损坏麻花钻，为了防止这种情况可及时车床转速降到150r/min，同时降低进刀量。应注意在钻削时，要经常的退出麻花钻进行排屑及冷却。
3.镗孔
由于是加工孔较深，为了增加镗孔车刀的刚性，刀杆可选Φ33mm左右，刀的尾端做成方头，镗孔车刀切削部分的几何形状基本与75°外圆车刀相似，只是方向相反，且后刀面应磨成圆弧状，避免加工时摩擦到孔壁；为了减小径向切削抗力，防止车孔时振动，主偏角可取大一些，正常为75°～80°之间,副偏角正常为10°～20°，内孔留0.15mm～0.20mm的铰孔余量，表面粗糙度应在Ra3.2μm以上。
4.铰孔
此斜孔零件的内孔加工是加工关键，鉴于此内孔的特点，孔径不大，孔深长，所以该零件的铰刀可进行定制，选择焊接式硬质合金铰刀，通过定制几何参数的铰刀对内孔进行精加工来确保加工后的内孔能够获得较高质量，较好的表面质量。铰刀的齿数选择越多，这样铰刀的精度就越高，表面粗糙度值就越低，同时齿数多，分布在每个切削刃上的负载相应也会减小，这样有利于减少铰刀的磨损，因此该铰刀可选择8齿。铰削铸铁时，前角与主偏角不用太大，主偏角可为3°～5°，前角为0°，后角为3°～5°，进给量在0.6mm/r，切削速度应低于5m/min。
在铰削内孔时，应注意以下几个点：（1）铰削铸件材料的切屑一般都是呈崩碎状，切屑容易粘附在铰刀刀刃上，甚至夹在孔壁和铰刀校准部分的刃带间，从而损伤已加工的表面，甚至导致孔径扩大。（2）高速钢材料铰刀0.08～0.12mm，硬质合金材料铰刀的铰削余量一般在0.15 mm～0.20mm间。（3）在铰削过程中如果所产生的热量积累过多，容易使被加工零件的内孔产生热胀冷缩现象，从而影响被加工内孔的尺寸精度以及降低铰刀耐用度，因此在铰削过程中应合理选用切削液，铰孔时切削液对被加工孔的扩胀量以及孔的表面质量都有着很大的影响，但使用新铰刀铰削铸件时可不使用任何切削液，这样不容易粘附切屑且不容易使孔扩大，当铰刀磨损到一定程度时可用选用煤油作切削液，这样可使孔稍微扩大一些。
孔的尾部加工是孔和斜面形成的夹角尖锐处，孔加工后应用半圆锉倒角与修整，再用细砂纸进行研磨修光，从而达到使用中不粘产品的要求。
四、研磨
该零件除内孔加工外，其端面也应进行加工从而保证能正常使用，但由于在平面磨床上磨削这个不规则零件，需设计制造较复杂的夹具，故本次加工采用革新工艺。直接在车床上研磨。
在车床上用相应的厚木板垫在200 mm×50 mm×20 mm油石下，装在刀架上，安装时垫刀铁板放在油石上，用紧固螺钉压紧。车床主轴速度选择200r／min，开动车床，用油石像车端面一样，对端面进行研磨，该方法研磨岀的表面粗糙度可达Ra0.8μm以上。研磨时，应充分浇注切削油进行润滑，精磨时加些研磨膏效果会更佳。
五、结论
在车床上使用通用夹具加工斜孔零件，通过改进工艺进行平面磨削加工，可以较快地解决一线车间燃眉之急。且由于是通用夹具，所以对单件及小批量生产对很方便。该方法能在保证产品质量前提下大大降低生产成本。在类似的场合值得借鉴应用。
参考文献:
【1】 彭德荫. 车工工艺与技能训练[M].北京：中国劳动社会保障出版社，2001.
【2】张雎军.斜孔加工的夹具设计[J].金属加工(冷加工),2013,(6)：45-47.
【3】王慧,宋伟,史翠萍,武新柱,张云鹤.异形铸件斜孔加工工装的设计及应用[J].中国铸造装备与技术,2014,(1)：25-26
论文作者:颜维维
论文发表刊物:《防护工程》2019年第6期
论文发表时间:2019/6/27
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