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細長(cháng)軸車(chē)削加工形變原因及對策

發(fā)布時(shí)間:2021-01-13點(diǎn)擊:3949

細長(cháng)軸車(chē)削加工形變原因及對策

細長(cháng)軸車(chē)削加工形變原因及對策

摘要:當前,軸類(lèi)零部件被廣泛應用于各種機械裝置,軸類(lèi)零件的加工質(zhì)量在一定程度上影響著(zhù)機器裝置裝配的精度以及日常的使用情況。細長(cháng)軸剛性偏低,整體加工難度偏高,是當前相關(guān)生產(chǎn)領(lǐng)域亟需解決的一個(gè)難點(diǎn)。為此,文章以軸類(lèi)零部件加工過(guò)程中的注意事項為切入點(diǎn),分析了細長(cháng)軸車(chē)削加工過(guò)程中出現彎曲形變的原因,并提出了對策,以供參考。

關(guān)鍵詞:細長(cháng)軸車(chē)削;機械加工;形變研究
軸即在機械內部做旋轉等運動(dòng)的長(cháng)度超過(guò)直徑的圓柱形零件,而長(cháng)度是直徑的20倍~25倍(L/D>20~25),更長(cháng)的軸被稱(chēng)為細長(cháng)軸。在機械加工工作中,細長(cháng)軸車(chē)削加工技術(shù)屬于當前應用較為廣泛的一類(lèi)加工工藝,但是細長(cháng)軸的剛性較差,且車(chē)削時(shí)受熱變形與受力形變的現象較為明顯,會(huì )因為自重以及離心力等發(fā)生彎曲與變形,所以細長(cháng)軸在實(shí)際加工過(guò)程中的加工水平與質(zhì)量很難得到有效保證[1]。

1軸類(lèi)零部件加工的注意事項
通常情況下,軸類(lèi)零件往往會(huì )被應用到支撐傳動(dòng)、傳遞扭矩以及承受荷載等部件之中,在使用軸類(lèi)零件時(shí)一般都需要回轉。因此,在對軸類(lèi)零件進(jìn)行加工時(shí)一定要注意以下技術(shù)要求,即強度、尺寸的進(jìn)度、位置的進(jìn)度、剛度、形狀的進(jìn)度以及零件表面的粗糙程度等。除此之外,在結構方面還需要確保軸上零件的定位準確可靠,也應當便于進(jìn)行拆卸與維修調整等處理。

2細長(cháng)軸車(chē)削加工過(guò)程中彎曲形變的原因
通過(guò)實(shí)際的加工作業(yè)經(jīng)驗開(kāi)展相關(guān)的研究與分析可以發(fā)現,在細長(cháng)軸車(chē)削加工作業(yè)之中,導致細長(cháng)軸產(chǎn)生彎曲形變的關(guān)鍵原因主要包括以下幾點(diǎn)。1)因切削力引起的變形。在車(chē)削作業(yè)之中形成的切削力相對較多,在對這些力進(jìn)行分解之后可以發(fā)現三向力是其中的主要部分,即軸向與切向以及徑向力。由于切削力不同,因此在細長(cháng)軸車(chē)削作業(yè)過(guò)程中對于彎曲形變產(chǎn)生的具體作用也不盡相同[2-3]。一方面是徑向切削力產(chǎn)生的影響。對于徑向切削力而言,它***主要的作用即發(fā)出垂直型的力,該力會(huì )直接通過(guò)細長(cháng)軸進(jìn)而作用在軸線(xiàn)的水平面內,因為細長(cháng)軸的剛性相對較弱,所以徑向力會(huì )使得其產(chǎn)生彎曲形變,從而導致處于水平面之內的車(chē)削細長(cháng)軸發(fā)生不同程度的損壞。相較于其他因素,徑向切削力所導致的細長(cháng)軸彎曲形變問(wèn)題較為顯著(zhù)。另一方面是軸向切削力產(chǎn)生的影響。不同于徑向切削力,軸向切削力是水平型,工件在該力作用之下也會(huì )產(chǎn)生彎曲形變。在常規的車(chē)削加工作業(yè)過(guò)程中,軸向的切削力所導致的彎曲形變問(wèn)題相對較小,甚***可以在某種程度上進(jìn)行忽視處理。但是由于細長(cháng)軸的剛性極差且穩定程度較低,因此軸向切削力往往會(huì )大于定量的數值,而這就會(huì )導致細長(cháng)軸因為受力而產(chǎn)生彎曲,進(jìn)而使得縱向彎曲形變問(wèn)題的出現。2)切削熱造成的影響。在加工作業(yè)時(shí)往往會(huì )出現切削熱,當工件受熱之后也會(huì )出現形變伸長(cháng)等問(wèn)題。在開(kāi)展車(chē)削作業(yè)時(shí),尾架以及卡盤(pán)由于被固定而無(wú)法進(jìn)行移動(dòng),并且二者間的距離也保持恒定不變。在這種狀態(tài)下,細長(cháng)軸因為受熱而形成的軸向的伸長(cháng)距離也受到了一定***,從而導致細長(cháng)軸由于軸向擠壓等作用出現彎曲形變等問(wèn)題。由此看來(lái),要確保細長(cháng)軸車(chē)削加工的作業(yè)精準度,***關(guān)鍵的一個(gè)操作即控制工藝系統的受力以及受熱等相關(guān)因素,預防形變問(wèn)題。

3細長(cháng)軸車(chē)削加工過(guò)程中彎曲形變的應對對策
3.1提升細長(cháng)軸車(chē)削加工技術(shù)的精度。在對細長(cháng)軸進(jìn)行加工時(shí),需要按照生產(chǎn)的實(shí)際條件和情況等,選擇***佳的優(yōu)化方案,從而讓細長(cháng)軸加工的精度得到有效提升。在細長(cháng)軸中,頂尖孔屬于定位的基準,通常在開(kāi)展精加工處理之前需要先修整中心孔,讓兩端的中心孔保持同軸狀態(tài),同時(shí)中心孔的圓度、角度以及表面的粗糙度等要都需要滿(mǎn)足對應的定位標準,一般出現彎曲度不符合標準這一問(wèn)題的原因主要是毛坯料的內應力過(guò)大,在進(jìn)行了粗加工之后會(huì )發(fā)生應力回彈的現象,進(jìn)而使零件產(chǎn)生彎曲形變,因此***好挑選應力較小且適宜的毛坯料,倘若條件允許,還可以進(jìn)行材料退火[4]。3.2避免熱變形伸長(cháng)。在車(chē)削加工過(guò)程中,由于切削熱傳遞給了工件,因此工件的溫度會(huì )出現顯著(zhù)升高,并且工件也會(huì )隨之發(fā)生伸長(cháng)與形變,例如在車(chē)削直徑φ為50mm、長(cháng)度L為1500mm的細長(cháng)軸時(shí),所選用的材料是45#鋼,在進(jìn)行車(chē)削加工時(shí)會(huì )由于切削熱等因素影響,讓工件的溫度相較于室溫升高約30℃,此時(shí)細長(cháng)軸的熱形變伸長(cháng)量為L(cháng)=11.59×10-6×1500×30=0.522mm。在開(kāi)展細長(cháng)軸的車(chē)削加工處理時(shí),通常采用兩頂尖以及用一端來(lái)夾住而另一端頂住等方式進(jìn)行加工處理,細長(cháng)軸軸向的位置會(huì )處于固定狀態(tài);倘若熱形變的伸長(cháng)量是0.522mm,那么工件便只能自身彎曲,而一旦細長(cháng)軸出現彎曲之后,后續的加工工作便很難順利進(jìn)行。因此在對細長(cháng)軸進(jìn)行加工時(shí),必須采取科學(xué)且有效的措施來(lái)避免工件發(fā)生熱形變等問(wèn)題。首先,可以借助彈性回轉頂尖的方式對熱形變伸長(cháng)進(jìn)行補償。通過(guò)實(shí)踐證明,借助彈性回轉頂尖的方式對細長(cháng)軸進(jìn)行加工,可以有效補償工件熱形變伸長(cháng),由于此類(lèi)方式加工的零件很難發(fā)生彎曲,因此車(chē)削加工進(jìn)行得相對順暢。其次,借助反向進(jìn)給的方式進(jìn)行細長(cháng)軸車(chē)削加工,可以有效預防彎曲形變。反向進(jìn)給即刀具以卡盤(pán)向尾架的方向當作切削的運動(dòng)方向,一般的切削方向同尾架頂緊軸向力以及切削的軸向力的方向保持一致,從而進(jìn)一步加劇了原本細長(cháng)軸工件彎曲的程度。通常情況下,反向進(jìn)給力的方向會(huì )指向尾架,與工件溫升的伸長(cháng)量方向保持一致,一同向彈性頂尖進(jìn)行壓縮??傊?,要想取得一個(gè)較為理想的效果,***好將反向進(jìn)給與彈性活頂尖進(jìn)行搭配使用。***后,要對切削液進(jìn)行充分澆筑。當開(kāi)展細長(cháng)軸車(chē)削加工時(shí),不管是進(jìn)行低速的切削,或者是進(jìn)行高速切削,所使用的切削液都需要進(jìn)行科學(xué)的冷卻處理,只有經(jīng)過(guò)了冷卻處理,其才可以有效抑制工件的溫度發(fā)生急劇升高,進(jìn)而防止受熱變形[5-6]。3.3挑選適宜的裝夾模式。在對細長(cháng)軸進(jìn)行加工時(shí),一夾一頂式的裝夾方式屬于當前應用較為廣泛的一類(lèi)加工形式。然而在應用此裝夾方式時(shí),頂尖若處于過(guò)度頂緊的狀態(tài),那么細長(cháng)軸很可能會(huì )產(chǎn)生彎曲形變等問(wèn)題,而且可能會(huì )對細長(cháng)軸受熱伸長(cháng)產(chǎn)生一定的阻礙,從而讓細長(cháng)軸因受到了軸向的擠壓而出現彎曲形變。除此之外,卡爪夾的緊面和頂尖孔不一定處于同軸狀態(tài),在裝夾之后可能會(huì )經(jīng)過(guò)定位處理,從而使得細長(cháng)軸發(fā)生不同程度的彎曲與形變。在應用一夾一頂型的裝夾模式時(shí),***好將彈性活頂尖作為***頂尖,從而讓細長(cháng)軸在受熱之后能進(jìn)行自由伸長(cháng),同時(shí)頂尖的頂力保持一個(gè)適度狀態(tài),能有效減少細長(cháng)軸受熱彎曲與形變的程度,還可以于卡爪和細長(cháng)軸之間放入一個(gè)呈開(kāi)口狀的鋼絲圈,直徑***好在4mm~5mm,從而縮小卡爪和細長(cháng)軸軸向的接觸距離,進(jìn)而***大程度地消除在安裝時(shí)存在的過(guò)定位等問(wèn)題,***終有效預防彎曲與形變問(wèn)題的出現。3.4選擇先進(jìn)且優(yōu)秀的加工方案。1)軸向拉夾法。軸向拉夾實(shí)際上即在細長(cháng)軸車(chē)削加工的過(guò)程中,使用卡盤(pán)夾緊細長(cháng)軸任意的一端,而另一端則由經(jīng)過(guò)專(zhuān)業(yè)設計的夾拉頭進(jìn)行夾緊,此時(shí)夾拉頭會(huì )向細長(cháng)軸處施加一個(gè)軸向的拉力,并且細長(cháng)軸在整個(gè)車(chē)削的過(guò)程中會(huì )一直受到該軸向拉力的作用,進(jìn)而有效避免了因軸向切削力所導致的細長(cháng)軸彎曲變形等問(wèn)題。另外,細長(cháng)軸還會(huì )因為軸向拉力作用而減小其因徑向切削力所造成的形變,并在一定程度上對由于切削熱所形成的軸向伸長(cháng)量進(jìn)行補償,***終讓細長(cháng)軸剛性與加工的進(jìn)度得到有效提升。2)反向切削法。在細長(cháng)軸車(chē)削加工的過(guò)程中,車(chē)刀從主軸卡盤(pán)處逐漸朝著(zhù)尾架的反向進(jìn)給,變換加工時(shí)走刀的方向,是目前避免細長(cháng)軸發(fā)生形變彎曲的一個(gè)重要舉措。當由主軸的方向朝著(zhù)尾座的方向進(jìn)行車(chē)削加工時(shí),***好與彈性頂尖進(jìn)行搭配使用,工件在這種情況下受到的軸向力會(huì )轉換成拉力,因此并不會(huì )出現“失穩”彎曲形變,從而有效預防了因軸向切削力而導致的彎曲形變等問(wèn)題。3.5科學(xué)控制切削用量。1)切削的深度。將工藝系統的剛度當作前提與基礎,在開(kāi)展車(chē)削加工工作時(shí)所出現的切削力、受熱形變、切削熱等均會(huì )隨切削的深度而發(fā)生改變。當深度增加時(shí),上述要素也會(huì )隨之增加,因此***好降低切削的深度。2)進(jìn)給量。增加進(jìn)給量會(huì )讓切削的厚度產(chǎn)生對應的變化,同時(shí)切削力也會(huì )顯著(zhù)增加。但是切削力并未以正比的關(guān)系進(jìn)行增加,因此細長(cháng)軸受力形變的系數會(huì )有一定下降,而如果從提升切削的效率這一角度進(jìn)行分析,加大進(jìn)給量要比提高切削的深度具有更高的價(jià)值。3)切削的速度。當切削的速度增加時(shí),切削的溫度也會(huì )有所增長(cháng),而當刀具和工件間的摩擦力減小之后,細長(cháng)軸受力的形變也會(huì )隨之減小。但是當切削的速度較快時(shí),極易導致細長(cháng)軸因離心力的作用而發(fā)生彎曲,進(jìn)而對切削平穩性產(chǎn)生破壞,必須將切削的速度控制在一個(gè)科學(xué)且可控的范圍內。

4結束語(yǔ)
細長(cháng)軸車(chē)削加工是當前應用較為廣泛的一個(gè)加工方式,由于細長(cháng)軸剛性較差,在進(jìn)行車(chē)削加工處理時(shí),力度以及熱量等都會(huì )對它造成極大的影響,在這種情況下,細長(cháng)軸發(fā)生形變的概率也極高,很難完全達到對應的質(zhì)量要求。為此,必須挑選***佳的裝夾方式以及先進(jìn)且科學(xué)的加工方案,應用對應的切削用量提升細長(cháng)軸加工水平,同時(shí)通過(guò)多種措施搭配使用的方式讓車(chē)削彎曲的形變量減小******小,乃***徹底消除。


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