本文作者：一拖洛阳建筑机械有限公司研究所 聂福全
在拖式混凝土泵中，有一种典型的大直径薄壁零件——中间套(图1)，其内孔直径为202mm，外径为212mm，壁厚仅为5mm，且该零件各尺寸之间的形位精度要求较高，外圆表面粗糙度Ra要求为0.4μm，外圆圆度误差要求小于0.010mm。由于零件壁厚较薄，在磨削外圆时，如果不采取措施，常常会因为夹紧力，磨削力，磨削热、内应力等原因，使工件产生较大的变形，不能保证零件的加工质量。为减小零件的变形，我们根据零件的结构特点，定制了合理的加工工艺流程，设计了专用磨削夹具并采取了特殊的装夹方法，可以有效的保证该类零件的加工质量。
1 零件的磨削外圆时的变形分析
根据零件的外形特点，采用锥度心轴装夹时，工件在夹紧力的作用下，由于锥体的作用而产生的径向分力会使工件变形。此外，由于在磨削时，工件的内笔墨削热不易散失，磨削热也是引起薄壁零件变形的总要原因。由于工件变形，磨削后工件会形成马鞍型(图2)，难以保证工件圆度及同轴度误差要求，必须通过设计专用夹具并采用合理的工艺方案才能确保零件的加工质量。
2 夹具结构的使用原理
如图3所示，该夹具为心轴、涨套可调式结构，由心轴1、固定销2、左定位板3、拉杆4、支撑板5、右定位板6、弹簧套7、压板8、带肩螺母9和顶丝螺栓10组成，其中左、右定位板与工件之间的配合为H6/h5，右定位板6与弹性套7之间的配合为E8/h7。弹簧套7的内锥度为20度。使用夹具时，先用固定销2将左定位板3固定在心轴1上，然后在心轴的另一端安装上支撑板5，以零件加工好的内孔为定位基准装入夹具，再将右顶为板6装在心轴上并与零件内孔配合，在夹具上插入两根拉杆4(位置均布)并用螺母锁紧，这样就将夹具紧固在工件上了。然后再将弹簧套7插入心轴1与右定位板6之间的间隙中，安装压板，拧紧心轴上的带肩螺母9，将弹簧套压入，弹簧套就可以起到自动定心作用，而使心轴的轴线与工件的轴线保持一致，夹具就安装完成了。零件加工好后，先松开带肩螺母9，拧动三个顶丝螺栓10(三个顶丝螺栓10位置均布，并于两根拉杆4位置错开)，右定位板就可带动弹簧套7沿相反方向退出工件，夹具就可以方便的拆卸了。
3 砂轮选型
选择砂轮时，砂轮特性如磨料、粒度、硬度、结合剂、石磨填料和砂轮组织对磨削质量都有影响，如果选择不当，就难以使工件达到预期的表面粗糙度。此外还应尽可能提高砂轮的切削性能，控制好砂轮工作表面磨粒的微刃及其等高，并使用保持锋利状态。鉴于该零件的材料为45号钢，为降低零件表面粗糙度，所选用的砂轮磨料的粒度要适中，硬度可以稍小一些。这是因为太硬的砂轮当其已完全钝化后，磨粒仍不能脱落，继续磨削反而使粗糙度变大。实际应用中，砂轮的选用以微晶刚玉或单晶刚玉、硬度为中级(K)、粒度为46号至60号为宜。此外，砂轮在使用前必须要经过修整，使砂轮表面有良好的磨粒切刃和微刃的脱粒性及等高性，从而确保工件磨削的表面粗糙度要求。
4 加工设备
为减小零件加工的形位误差，设备的选择非常重要。要求机床主轴要有较高的回转精度，径向跳动不大于0.001mm，主轴刚度好，机床各部分不应有振动现象，因此最好选择较新的机床。结合我公司的实际情况，设备选用MB1332B型普通外圆磨床。
5 磨削液及冷却方式
为降低切削热，切削液可采用无油、无亚硝酸纳的LPG-1高效磨削冷却液。该冷却液是以高效极压润滑剂为添加剂作为配方基础，并从防锈、渗透、抗硬水性、清洗、消泡和杀菌等方面综合考虑的具有环保、清洗性好、去油率高、冷却性好等优点，能节约大量能源和降低砂轮消耗，提高磨削用量，并提高生产效率。
使用磨削液时，应采用从磨削区下部供给切削液的方法，这样既可以使切削液很容易达到砂轮与工件接触的磨削区，同时又能使砂轮在磨削工件之后得到及时的冷却和清洗，从而延长砂轮的使用寿命、保持砂轮的几何形状，并可以在磨削连续表面时，使工件保持较低的温度，提高工件的形状与位置精度。
6 磨削用量
磨削时分为粗、精磨多道工序，这样可以使粗磨时产生的变形能在精磨时得以消除。磨磨削时，磨削用量选择应合适，粗磨时，砂轮的线速度为15~20m/s，工件转速为35~70r/min，工作台移动速度为0.03~0.05m/min；精磨时，砂轮的线速度为10~15m/s，工件转速为50~80r/min，工作台移动速度为0.02~0.03m/min。
7 工件的夹装
由于选用的设备为普通外圆磨床，在采用两顶尖装夹工件时，两顶尖、两中心孔同轴度误差将直接影响工件的加工精度，零件要求的加工质量很难保证。因此，为消除因工件两中心孔制造误差及两顶尖安装误差对工件圆度的影响，在夹装工件时，可以采取如图4所示方法选用两个特殊顶尖套2，顶尖套材料选用GCr15钢，车出外圆后磨削，中心孔使用60度特殊中心钻钻出，淬硬至60HRC，并用特殊内圆砂轮磨出中心孔，再以中心孔定位磨出外圆，并研磨中心孔至表面粗糙度Ra0.4，压入莫式锥柄。然后将两个特殊顶尖装入外圆磨床头尾架，选用直径为1/2英寸的0级钢球，并与图2所示的专用夹具配合，通过使用夹头和拨盘即可完成工件的装夹(图5)。用高精度钢球代替锥形顶尖，可把面接触改为线接触，消除了中心孔精度对工件加工精度的影响，可以显著提高工件的圆度。
8 磨削时的注意事项
(1)在精磨时，为减小夹紧力引起的工件变形，夹具的夹紧力应比粗磨时小一些。
(2)磨削后，为了防止工件生锈，工件应做除水、消除杂质及防锈处理。
(3)校正好砂轮的平衡。砂轮不平衡将引起振动，会对零件的形位精度造成影响，因此在磨削工件前，必须校正好砂轮的动、静平衡，并进行精细的修整。
(4)磨削工件前将工作台和砂轮空运转20~30min，使机床工作性能稳定。在空运转的同时，要把机床液压缸中的空气排净。
(5)安装工件前，应检查两顶尖与工件中心孔的配合情况，必须将两顶尖和工件上的中心孔擦干净。
9 应用效果
该工艺方案简单、实用，夹具设计合理，应用方便，制造成本低，零件拆卸容易，通用性强，使用效果好，既可以有效确保工件加工质量，又能够提高工效，适于大直径薄壁类零件的批量生产。
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