浅探现代机械制造工艺及精密加工技术
张赋彬
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张赋彬,. 浅探现代机械制造工艺及精密加工技术[J]. 中国机械研究,2021.12. DOI:10.12721/ccn.2021.157111.
摘要:
伴随着2025计划的不断落地,我国制造业的发展速度得到了快速提升,这种发展在现代机械制造、加工等领域有直观的体现。为此,研究聚焦于现代工艺在机械制造领域的应用,同时围绕精密加工开展相关研究,特别涉及精密拉削、刀具参数等内容。
关键词: 现代机械制造工艺精密加工技术渐开线内花键
DOI:10.12721/ccn.2021.157111
基金资助:

制造业作为我国经济的重要支柱,在创造利润、提高整体竞争力等方面发挥着重要作用,而这种作用的发挥还需要各种新技术的支持,本文所研究的精密加工技术就是其中典型代表。要积极运用各种新技术,才能更好地推动制造业发展。

1常用的现代机械制造工艺及精密加工技术

1.1现代机械制造工艺

在现代机械制造技术中,机械设计、焊接设计等都属于典型。就现代机械制造技术而言,一般需要综合运用计算机、网络、数控加工、自动化、在线检测等技术,确保机械设计制造的精准化和科学化,如通过现代制造技术中的CAD技术可以精确地获得设计产品的数据模型,辅以 CAM、CAPP等计算机辅助技术,就可以在设计中开展多维的设计制造等产品开发全过程,数字建模、计算机辅助编程、计算机辅助工艺规划、仿真虚拟制造等可以有效缩短产品的研发周期、降低产品的研发成本。有了自动设计绘图和辅助软件的支持,可以有效地开发三维机械产品设计,比较成熟的各类软件已经能够实现快速三维模型框架的构建,满足现代机械制造的需要。另外,现代机械制造工艺注重污染控制和资源利用率的提高,这使得绿色设计与制造的理念在机械制造工艺中的应用也更加广泛,结合传统技术与现代工艺,使现代机械制造工艺的先进性更好地得到保证。

1.2现代机械精密加工技术

近几年来,国内外机械精密加工领域发展迅速,各种新技术如精密切削、精密研磨等被广泛应用。本文以精密切削加工技术为例,通过金刚石刀具进行切削加工,在单晶金刚石刀具和数控等高精密机床的支持下,可以满足多种材料的高精度加工要求,此技术的具体应用需要注意刀具的合理选择,通过控制剪切力来进行切削加工,该技术可细分为铣削、镗削、车削等。作为一种应用实例,本文介绍了汽车模具制造中厚板精密切削工艺中的技术要求:在粗加工阶段完成模具的外型加工,并运用刀具螺旋下刀圆弧轨迹方式对胚料进行切入、切出、切削,以避免模具、刀具损坏问题。车模在半精加工阶段进行调整,需设置小切削量,除去前一步飞边和毛刺。精加工阶段需进行模具表面及尺寸的磨削,微量切削量下的刀具切削深度需要尽量减少,辅以圆弧方式的切削与磨削,可以保证模具的精度和光滑度。

2现代机械制造工艺及精密加工技术的具体应用

2.1精密拉削技术

对于传动轴和齿轮的加工过程,两者的加工要求都比较高,主要体现在连接强度、安装后的运行效果等方面,这一过程需要聚焦齿轮内花键的细部加工,对精度和位置带来的影响最大,拉刀齿在其相关影响下发挥着关键作用,而拉刀齿在其安装后的运行效果是一个需要聚焦的过程。

分析加工各个环节的导轮与齿轮内孔的接触,不难发现,依靠两者的精度,就可以有效地控制同轴度。由于拉刀前导轨离开齿轮内孔,精度控制会受到影响,因此还需采用一套由后导套、工件固定座、前导套等组成的夹具,在内点定位的支持下,使夹具与拉刀的配合能同时应对拉刀后导向带来的影响。有了精密加工的支撑,H8/g6的配合精度可以达到,齿轮毛坯的具体加工过程中,齿轮毛坯零件和设备的位置调整也要结合实际情况进行,导向套的固定是关键,这关系到加工是否达到预期的效果。

2.2精密加工内花键底孔

在拉削刀具导向接触渐开线内花键底孔过程中,对底孔的形状、位置、尺寸精度都要加以严格控制,这关系到拉削工艺导向孔的功能发挥,进而影响具体加工过程。本论文对内径、深度分别为5 mm、60 mm的内径内花键底孔进行分析,属于一种典型的深孔加工方法,具有冷却困难、排屑困难、不能有效润滑、刚度不足等特点。为了保证加工精度,要求内花键底孔进行高精度加工,需要在立式加工中心进行特殊加工,这样可以保证排屑顺利完成,对加工精度的负面影响也可以降到最低,同时要优化冷却系统。为了确保热切和切屑能迅速、有效地被带走,冷却系统采用高压高压主轴型,使冷却液能迅速到达并通过刀尖,这个过程需要有一个容屑槽来支撑,以保证刀片在被击碎后能顺利压出孔,这对加工精度、刀具使用寿命都有积极影响。在考虑精度要求、设备闲置、成本因素等因素的影响下,在加工过程中应尽量充分保证刀具系统刚度,同时在刀具深孔加工过程中对弯曲变形量的控制,这对加工精度的影响同样更为深远。

2.3拉刀设计及材料选择

槽型精度和尺寸控制会受到多方面因素影响,其中最关键的当属拉削刀具,因此需要设法优化该刀具设计,并保证其制造精度,满足高精度加工需要。在具体加工环节,渐开线内花键槽拉刀属于专用刀具,综合考虑加工成本、加工效率、加工精度要求等因素,最终选择的拉刀结构为整体式结构,具体构成包括前后导向、刀齿及拉杆,这类结构能够满足拉刀固定、生产传力、同轴度控制等需要,其中刀齿属于设计的关键所在,其由粗精拉齿、修正齿、容屑槽构成,设计过程同时充分考虑了加工过程中的切屑产量,上述拉刀设计能够通过大容量的容屑槽满足生产需要,同时强度较高的拉刀结构也能够更好地满足生产需要;为优选相关材料,需充分结合深孔拉削的特点,解决冷却、排屑等方面问题,考虑到强烈摩擦会出现于工件、切屑、刀具在拉削过程中相互接触表面,较大的应力和过高温度会对拉刀刀齿表面造成影响,为应对这种恶劣工作环境,需要选择具备足够韧性、强度、耐磨性、硬度、工艺性且耐高温的拉刀材料,最终选择典型的高合金钢种粉末冶金高速钢,该材料在耐磨、韧性、强度、耐高温等方面表现突出,且相较于传统高速钢具备组织均匀等多方面优势,在碳化物微、淬火变形方面的表现也较为突出,在各领域的应用价值均较高,能够较好满足汽车齿轮传动的渐开线内花键精密加工需要。

2.4刀具参数及加工要点

内花键槽的成型需要通过切削加工实现,这一过程需要得到粗拉齿、精拉齿和修正齿的支持,相关参数设置直接影响加工效果,如齿数、齿距、齿升量等参数。围绕齿升量参数进行分析可以发现,该参数直接受到相邻两齿影响,其对所需齿数造成的影响也较为深远,因此直接关系精密拉刀生产,但需要关注该参数提升带来的影响,如拉削力与齿升量间存在线性关系,二者能够一同增加和减小,因此需要控制齿升量,避免生产加工过程的断裂、超载等问题,齿升选择合理性直接影响拉刀性能和正常生产。不同参数间存在的相互影响也需要得到重视,如齿距直接受到齿升量影响,因此需要综合确定各参数,加工难度受到的不同参数影响也需要充分考虑。考虑到本文研究采用的材料为20CrMnTi,这种材料具备较为优异的性能,现阶段在我国各领域的应用极为广泛,为同时满足的内花键槽表面粗糙度要求,结合上文分析开展综合考虑,基于强度、精密性、容屑因素带来的影响,本文研究最终设计了拥有五个刀齿的拉刀,一二刀齿、四五刀齿分别为粗加工刀齿、修正齿,本文研究的精加工由剩余刀齿完成。刀齿1-3的齿升量分别为0.06mm、0.05mm、0.02mm,刀齿1-5的齿前角均为12°,齿后角均为2°,刀齿1-3的刃带宽度为0.15mm,刀齿4-5的刃带宽度为0.3mm;在具体的刀具加工过程中,结合精度要求高、尺寸小特点,拉刀加工顺序设定为:“毛坯(无心磨)→刀杆及导向(外圆磨)→刀齿及后导向(工具磨)→刀齿齿形切割(慢走丝线)”。

结语

综上所述,现代机械制造工艺及精密加工技术具备广阔发展前景。在此基础上,本文涉及的汽车齿轮传动的渐开线内花键精细化加工实例,该实践能够为同类研究提供有力支持。为更好开展相关加工生产,必须深化理论研究和实践探索,新型材料和设备的积极应用、智能化加工的相关探索同样需要得到业内人士高度重视。

参考文献

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