黃小萍，曹 峰，郭懷鵬

(中國(guó)工程物理研究院電子工程研究所 一車間，四川 綿陽(yáng) 621900)

小型插針類零件廣泛應(yīng)用于汽車、通信、電子及機(jī)床電器等領(lǐng)域，是組成接插件的核心元件之一。中國(guó)工程物理研究院電子工程研究所的插針類零件材料多為H62，并且為細(xì)長(zhǎng)軸，選用小型精密型數(shù)控車床或數(shù)控縱切自動(dòng)車床加工。H62材料加工性能較好，但該材料熱傳導(dǎo)較差，熱膨脹系數(shù)較大，同時(shí)該零件外徑尺寸小、長(zhǎng)度長(zhǎng)、剛性差，在加工過程中受切削力、切削熱和振動(dòng)等各種因素的影響，很容易導(dǎo)致細(xì)長(zhǎng)軸在加工過程中出現(xiàn)彎曲、扭曲變形、振動(dòng)、發(fā)熱量大等現(xiàn)象，直接影響工件的尺寸精度和幾何精度，造成生產(chǎn)效率低下甚至廢品，加工難度較大[1-5]。

1 工藝性分析

某插針零件示意圖如圖1所示，其長(zhǎng)度為100 mm，外徑最大為5 mm，最小為1 mm，其中φ1 mm段、φ2 mm段公差為0.03 mm，來(lái)料毛坯為φ12 mm棒料。該零件為典型的小直徑、大長(zhǎng)徑比零件，具有大長(zhǎng)徑比、高精度、弱剛性特點(diǎn)，加工中應(yīng)特別注意受力變形問題。因工件小，長(zhǎng)徑比大，強(qiáng)度弱，采用數(shù)控車床標(biāo)配的彈簧夾頭夾緊車削時(shí)切削力會(huì)使零件產(chǎn)生振動(dòng)和變形，并且隨著余量的減小，剛性進(jìn)一步減弱，造成零件外圓尺寸超差，甚至出現(xiàn)折彎、車斷的現(xiàn)象，因此加工工藝路線和刀具的選擇至關(guān)重要。

圖1 某插針零件示意圖

2 零件加工難點(diǎn)分析

2.1 剛性差

該零件φ1 mm段、φ2 mm段長(zhǎng)徑比為30(即L/D)，綜合長(zhǎng)徑比達(dá)90，屬于典型的細(xì)長(zhǎng)軸(機(jī)械加工領(lǐng)域通常長(zhǎng)徑比>20即視為細(xì)長(zhǎng)軸)。該類零件的加工設(shè)備為小型精密數(shù)控車床，該零件外徑尺寸較小，無(wú)法使用頂尖、中心架、跟刀架等輔助措施保證零件剛性。裝夾時(shí)用彈簧夾頭直接夾緊，由于自重下垂和高速旋轉(zhuǎn)時(shí)受離心力作用，因此易導(dǎo)致工件彎曲變形。該加工材料為62銅，材料本身強(qiáng)度低，在粗加工階段隨著余量的逐步去除，剛性逐步減弱，產(chǎn)生的徑向切削力將把工件頂彎，使其在水平面內(nèi)發(fā)生彎曲變形，產(chǎn)生直線度誤差，影響尺寸精度。

2.2 表面質(zhì)量難以保證

由于工件懸伸過長(zhǎng)，L/D值較大，剛性差，加工過程中受機(jī)床空間和工件外徑限制，無(wú)法使用中心架或跟刀架，導(dǎo)致遠(yuǎn)離夾持端受切削力的影響，產(chǎn)生了嚴(yán)重的“讓刀”現(xiàn)象，工件彎曲，車削時(shí)增加了工件的振動(dòng)，表面質(zhì)量難以保證。

3 提高零件加工精度的措施

在零件加工過程中，關(guān)鍵是防止加工中的變形因素。為提高加工精度，根據(jù)生產(chǎn)條件，采用分段車削、一次成形法，選取合理的刀具角度，匹配恰當(dāng)?shù)那邢魉俣?，在保證零件強(qiáng)度的前提下提高加工精度，滿足精度要求[6-7]。

3.1 合理安排工藝路線

合理的工藝路線是加工出合格零件的前提條件，同時(shí)也影響著零件的質(zhì)量和生產(chǎn)效率。用小型精密數(shù)控車床加工零件時(shí)，為保證整體剛性，宜做分段車削。從右至左，先加工M1螺紋。直徑φ1 mm段粗車時(shí)車成錐度，保證剛性，精車時(shí)采用高轉(zhuǎn)速小走刀量一次車削成型。采用同樣的原理車削φ2 mm段。

工藝路線詳細(xì)過程見表1。

表1 工藝路線詳細(xì)過程

3.2 刀具的選擇

在工藝系統(tǒng)剛性不足時(shí)，刀具的選擇尤為關(guān)鍵。加工該插針零件時(shí)，應(yīng)首先保證刀具的鋒利性，通過刀具角度的選取，以降低徑向切削力和振動(dòng)。為降低切削熱，加工過程中應(yīng)給予充分的冷卻，增加工件的散熱和潤(rùn)滑，以保證零件的精度和表面質(zhì)量要求。加工該零件選擇伊斯卡刀具CCGT系列，關(guān)鍵刀具參數(shù)分析如下[8]。

1)前角。前角的大小直接影響切削力、切削溫度和切削功率。增加前角，可使被切削金屬層的塑性變形程度減小，切削力明顯減小。通常在細(xì)長(zhǎng)軸車削中，應(yīng)盡可能采用大前角刀具，使切削省力，切削變形小，切削溫度降低，一般取γo=15°～30°，該零件綜合各種因素前角選取γo=20°。

2)后角。后角適當(dāng)減少有利于減振，因?yàn)榧?xì)長(zhǎng)軸車刀的前角較大，為保證刀刃有足夠的強(qiáng)度，后角αo選取3°為宜，以增強(qiáng)刀尖強(qiáng)度，同時(shí)起防振作用。

3)刃傾角。刃傾角λo影響著車削過程中切屑的流向、刀尖的強(qiáng)度，正的刃傾角使切屑流向待加工表面，負(fù)的刃傾角使切屑流向已加工表面，并且隨著刃傾角的增大，徑向切削力明顯減小，在車削細(xì)長(zhǎng)軸時(shí)，通常采用正刃傾角，以使切屑流向待加工表面，提高工件表面質(zhì)量，本例中λs=5°。

4)刀尖圓弧半徑。細(xì)長(zhǎng)軸車刀的角度決定了刀尖強(qiáng)度和散熱能力都比較差，同時(shí)刀尖圓弧的存在又會(huì)使徑向切削力加大，從而增加了產(chǎn)生振動(dòng)和使工件彎曲的可能性，綜合上述因素，粗加工選用R0.2 mm、精加工選用R0.1 mm的刀尖圓弧。

3.3 合理選擇切削用量

切削用量對(duì)加工精度有重要影響，選擇不當(dāng)將增加切削力、切削熱和工件塑性變形。在工藝系統(tǒng)確定的前提下，合理選擇切削用量可以提高加工質(zhì)量[9-10]。

1)切削深度。由于該零件整體剛性差，直徑較小，隨著車削剛性逐漸變差，因此，同一檔長(zhǎng)度尺寸不宜做多刀車削，先粗車去量后1次精車到位。

2)進(jìn)給量。進(jìn)給量應(yīng)綜合考慮零件表面質(zhì)量和剛性的因素，粗車時(shí)可選大些，精車時(shí)應(yīng)選小些。

3)切削速度。提高切削速度有利于降低切削力，減少切削變形，但在該零件車削中振動(dòng)會(huì)隨切削速度的增加而增大，當(dāng)切削速度增大到一定數(shù)值時(shí)，振動(dòng)反而會(huì)變小，一般取切削速度V=60～110 m/min，切削速度和進(jìn)給量二者要配合得當(dāng)。

切削用量表見表2。

表2 切削用量表

3.4 減小零件的熱變形

在細(xì)長(zhǎng)軸零件加工過程中，除了刀具角度，切削液對(duì)減小零件的熱變形起著重要作用。切削液通過液體的熱傳導(dǎo)作用，把切削區(qū)內(nèi)刀具、工件和切屑上大量的切削熱帶走，降低切削溫度，提高刀具耐用度和工件的表面質(zhì)量。在車削H62塑性材料時(shí)，不僅有利于斷屑，而且可以避免形成積屑瘤，因此在車削過程中使用高濃度極壓乳化液、大流量連續(xù)澆注的方法，可在一定程度上減小零件的熱變形。

4 結(jié)語(yǔ)

通過對(duì)插針類零件車削技術(shù)難點(diǎn)問題進(jìn)行分析研究，制定合理加工路線，選用恰當(dāng)?shù)募庸さ毒?，通過加工獲取合理的加工參數(shù)，有效保證了零件的加工精度。實(shí)踐結(jié)果表明，針對(duì)小徑細(xì)長(zhǎng)軸類零件，保持加工過程中的剛性是保證加工精度的重要因素。在車削過程中不宜分多刀，應(yīng)確保刀具鋒利，在剛性較好的情況下一次車削成形，選擇刀具時(shí)前角、后角是首要考慮因素。