CD17弹簧操作机构推杆零件的车削

CD17弹簧操作机构推杆零件的车削

彭定文

柳州城市职业学院彭定文

摘要：CD17弹簧操作机构推杆零件的结构工艺特点是直径小、长度较长，加工刚性较差，以及不锈钢不易切削性，给加工带来一定的难度。针对这些特点，选择合理的刀具和合理的几何角度，确定合理的切削参数。以及工件合理装夹。给出解决问题的具体方法，克服了加工难点，取得了良好的加工效果。

关键词：弹簧操作机构；细长工件；不锈钢；车削工艺在轴类零件的加工中，细长轴由于其刚性差，在车削时受切削力、切削热和振动的影响，易产生弯曲、锥度、椭圆等缺陷，而不锈钢又是一种难加工的材料。所以不锈钢细长轴在进行车削前，必需要认真分析，形成合理的加工方案。下面以我院与柳开电器校企结合加工的产品（如图1所示）为例，分析不锈钢细长轴的加工工艺和方法。图1所示是真空开关CD17弹簧操作机构里的推杆，为该部件的主要零件之一，材料为1Cr18Ni9的不锈钢圆棒料。

1.加工特点不锈钢材料因含有铬、镍，使其机械性能和钢材有很大的区别。各项综合机械性能比一般钢材要好很多。普通钢材在屈服强度、抗拉强度、延伸率、断面收缩率和冲击值等各项指标不会同时偏高，某些指标高，另几方面的指标就势必会偏低。

而不锈钢则不同，它会出现各方项指标都同时偏高的现象。这就是不锈钢这种材料为什么加工难度大的原因。

1.1刀具易磨损不锈钢加工硬化层的深度一般为100～200微米，表面硬度每平方最高可达560kg，硬化后的硬度是原来的2.2倍；此外，不锈钢加工过程中由于切屑和刀具间产生粘结、扩散，而产生的磨损，会使刀具前刀面出现月牙洼，切削刃还会有小的缺口；由于不锈钢本来的硬度就高，再加上加工时产生的加工硬化现象、切屑粘结和刀刃崩缺等现象，导致刀具的磨损进一步加剧。

1.2切削力大在加工过程中不锈钢的塑性变形大，而且由于加工硬度高，摩擦力大，热强度高，切屑的卷曲折断也比较困难，致使不锈钢切削力大。比切削45号钢要高25%左右。

1.3切削温度高在切削过程中，不锈钢的的一些指标如冲击值以及断面的收缩率比碳素钢要高，不锈钢的塑性变形和刀具产生的摩擦致使切削不锈钢时产生的热量多；而且热量大部分集中在车刀和切屑的接触面上，散热条件差；此外，不锈钢的导热系数较低，约为不锈钢的25%-40%；以上原因导致了切削不锈钢时的温度比碳素钢高得多。

1.4切屑不易折断、易粘结由于不锈钢的塑性、韧性大，车削加工时切屑不易折断，不仅影响操作的顺利进行，而且由于和其它金属有很强的亲和力，易粘附在其它金属表面上，挤伤已加工表面，形成的积屑瘤，还会导致刀具的磨损加快和已加工表面恶化现象。

1.5线膨胀系数大普通的碳素钢的线膨胀系数（20~700℃）一般为15.0×10-6/℃左右，不锈钢的线膨胀系数（20~700℃）一般为19.0×10-6/℃左右，由此可见，不锈钢车削受热易导致较大的热变形，致使加工时较难控制工件的尺寸精度。

2.推杆零件的加工难点分析根据推杆零件细长的结构形状和工艺特点，其加工难点是：一是材料为不锈钢材料，切削性较差；二是该零件细长，与细长轴接近，加工容易变形。这两点给加工带来较大困难。加工此零件的关键技术就是要解决好不锈钢不易加工和细长轴难加工的问题。

CD17弹操推杆切削长度已经接近细长轴加工，其加工难度和细长轴加工难度相似，刚性差，因此在刀具切削过程中很容易将工件顶弯，工件产生弯曲，特别工件的受热变形，加剧了推杆弯曲变形。在工件安装时装夹部位尺寸较短，加上又是批量生产，而且在工件切削时又不适合采用中心架跟刀架进行切削，就更增加了切削难度。

3.解决加工困难的措施（1）合理的装夹，能使工件刚性最好，产生的夹紧力变形也少。

（2）选择合理的刀具材料和刀具几何形状。

（3）确定合理的切削参数。

（4）采用切削液消除热变形。

4.合理选择刀具材料合理选择车刀材料是提高不锈钢车削效率的有效手段。分析不锈钢材料的基本特性，要求我们在选择刀具材料时要考虑选择较高的红硬性和耐磨性材料。根据零件我们选用了两种刀具材料，选用了硬质合金YG8和95W18Cr4V高速钢。第一，端面圆弧为成型R车刀，用95W18Cr4V高碳高速钢刀具刃磨成型，这种刀具易磨成型，而且材料耐用度，耐磨性较高。第二，加工外圆，选用牌号为YG8的硬质合金材料，这种材料韧性比较好，所以刀刃应磨得锋利些，切削省力，而且切屑不易粘结在刀具上。尤其在粗车时，由于切削产生的振动大，选择YG类合金更为必要。

5.选择合理的车刀几何形状选择合理的车刀几何形状，能有效减小切削力，排屑容易顺利，减少刀具的磨损，能有效的确保加工质量和加工效率的提高。

不锈钢加工时，切屑会和刀具的前刀面产生强烈的摩擦，切屑会对车刀的前刀面有形成一个很大的压力，容易使车刀刀尖、刀刃、前刀面受损。解决的办法是在前刀面刃磨出圆弧形的卷屑槽，可以及时短屑，排解压力。

5.2正确刃磨刀具的后角正确刃磨刀具的后角，能有效提高刀具的耐用度和保证工件的表面质量。如果刀具的后角刃磨得过小，后刀面与不锈钢表面的摩擦增大，致使刀具磨损加快，加工硬化更严重，工件的表面粗照度难以保证。尤其是当车刀的后角α＜5°，进给量和背吃刀量都较小时，拉毛现象特别严重。相反，如果刀具的后角刃磨得过大，刀具的锲角变小，就会降低切削刃的强度，加大了刀具磨损。因此，后角αo刃磨到αo=6°～8°较为理想。

5.3正确刃磨刀具的主偏角由于切削力的影响，在保证机床及刀具刚性的情况下，可以适当的加大刀具主偏角κr，选取κr=90°～93°。

5.4正确刃磨刀具的刃倾角和刀刃刃倾角的刃磨要考虑刀尖的强度及断屑的效果。因此，刃倾角λs应刃磨到0°～5°，刀刃刃磨成双刃，保证刀刃的强度同时利于断屑。

6.合理选择切削用量6.1切削速度不锈钢材料比普通碳素钢难加工，为了保证刀具的耐用度，选择切削速度不能过高，应为碳素钢的一半左右；CD17弹操推杆零件属奥氏体材料，加工时其切削速度Vc也应选较低，切削速度高会加剧刀具磨损，因此选择Vc=800m／min较合理，这样的速度及兼顾了刀具的寿命、加工的效率及工件的表面质量。

6.2进给量进给量的选择主要考虑刀具耐用度、加工效率和表面质量。

进给量的选择还要考虑工件的尺寸大小及主轴转速高低。

切削速度与进给量的选择参考表1所示。

6.3背吃刀量

7.充分使用切削液由于不锈钢切削温度高，在进行不锈钢切削时必须要充分使用切削液。切削液使用时喷嘴要对准切削区域，采用高压冷切或喷雾冷切方式为好。相对于45号钢来说，对切削液有更高的要求：一是要求能及时带走大量的热量，所以冷却性能要更好；二是要求起到较好的进行外润滑作用，所以润滑性能要更好；三是要求能更好的进行扩散和内润滑，所以渗透性要更好；四是要求能及时冲洗清除排屑，所以洗涤性能和供给方式要更好。

8.制定加工方案

9.结束语总之，在加工过程中选择刀具材料应用坚韧性好，强度高的刀具材料，刀具参数合理，加工时保持刀刃锋利，合理选择切削用量。我们既考虑到不锈钢材料在加工时易出现的一些加工问题，以及细长轴难加工难点，还根据推杆自有的特点，制定出相应的加工工艺方法，从而保证了加工的质量及加工效率。

解决了CD17弹操机构推杆零件车削的关键技术问题。

参考文献：[1]上海金属切削技术协会.金属切削手.上海科学技术出版社.1984[2]许华忠.实用金属手册[M].湖北科学技术出版社.1998[3]陈日曜.金属切削原理[M].机械工业出版社.1995[4]韩荣第，王扬．现代机械加工技术．电子工业出版社，2003[5]袁哲俊．金属切削刀具．上海科技技术出版社，1992[6]梁炳文．机械加工工艺与窍门精选．机械工业出版社，2002