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圆锥套规研磨的工艺方法

发布时间:2011-11-24

圆锥配合在机械制造中随处可见,为了保证圆锥零件的配合精度和互换性,大多采用高精度的圆锥量规进行测量。圆锥塞规制造并不复杂,而圆锥套规的锥孔加工则颇为困难。大多数套规的锥孔最后一道工序采用研磨,如采用圆锥研磨器不当,会使圆锥套规的表面粗糙度值增大,研磨后表面有环状纹,并出现大小头和喇叭口等问题,这些问题将导致如下后果:
    ① 套规表面粗糙度的影响  圆锥套规在测量过程中与被测零件磨擦,如果套规表面有磨纹、粗糙度值大,则磨损加快,寿命降低。由于研磨圆锥套规时研磨棒只作圆周运动,不产生轴向移动,因而研磨纹有规则地呈环状分布在内孔壁上,表面粗糙度值大为增加。
    ② 套规精度的影响  圆锥零件是否配合良好,决定于检验量规的精度。圆锥量规主要掌握圆锥面上每一母线一正确性,充分保证圆锥面全部吻合。如果锥度几何形状不正确,将会出现不良情况。由于配合面积减少,在动配合中将影响其性能,零件使用寿命会降低。如在紧配合中,圆锥角度误差±2',则配合强度约降低8%。
    圆锥孔几何形状产生误差的原因主要有:
    ①研磨锥孔时研磨剂堆积在口部,形成喇叭口;②研磨棒在研磨剂少的地方磨损较快而改变其几何形状;③各处磨削速度不一致;④研磨操作不正确,破坏了原始几何形状。
    所以研磨锥套规是关键工序,改进研磨方法以降低圆锥套规的表面粗糙度值和提高精度是本文所要讨论的。
    一、  常用圆锥研磨棒的优缺点
    (1) 整体圆锥研磨棒制造方便,成本低,几何形状正确。但由于砂粒易嵌入研磨棒,研磨时使工件上留有环状纹无法消除,锥孔表面粗糙度值大。
    (2) 整体螺旋槽圆锥研磨棒亦具有上述优点,此外更由于研磨时金刚砂可随螺旋槽由大头流到小头,金刚砂不会因堆积导致大头几何形状的改变,所以研磨后锥孔几何形状及粗糙度有一定的改善,但尚有环状纹存在的缺点。⑶  扩张式圆锥形研磨棒制造困难,成本畋高,但由于研磨棒内装有弹簧,使研磨片能在径向扩张,因而在研磨过程中不但有圆周旋转,且能作轴向移动,能克服“死点”现象,从根本上消除锥孔环状纹的出现,从而降低了套规孔的表面粗糙度值。
    二、  改进型扩张式研磨棱的设计
    改进型扩张式研磨棒结构简单,制造方便,研磨时容易掌握,更适用于小直径锥孔研磨,能提高生产率及降低零件表面粗糙度值,经使用证明,表面粗糙度值可稳定达到Ra0.025。
    (1) 设计要求 ① 要有一定的轴向移动量;② 在轴向移动时必须保证单位面积的研磨压力一致;③ 轴向移动范围必须适中,移动量过大会使圆锥几何形状改变,移动量过小则不能完全消除环状纹。
    扩张式功能使研磨棒满足第1点;但为了满足第2点,还应注意:①弹簧弹力各点要均匀一致;②研磨片须有足够的强度;③在钻床上研磨,套规上下移动的速度要一致。
    (2) 弹簧设计的片簧结构。该片簧两边必须对称。以保证两边弹力相一致。同时要考虑弹簧弹力适中,弹力过大会使研磨棒与工件咬住;过小则环状纹无法消除。经反复试验后,确定的弹簧尺寸如图7所示,研磨棒轴向移动量以8~12mm最为适宜。套规计算,根据研磨余量,研磨棒径向扩张量为0.07~0.105mm,当锥度在5°以上时,轴向移动量以6~8mm为宜。
    由线标测定仪测得:当弹簧受到0.07~0.105mm压缩时,其弹力为10.98 ~ 16.46N。这是对套规进行研磨时最合理的弹力。
    (3) 弹簧材料选择   弹簧材料选用优质碳素弹簧钢。但必须注意坯料表面不应有轧钢屑挤压的痕迹、斑点、折叠、裂纹和表面脱碳现象,否则对弹簧的机械性能不利,尤其对疲劳强度影响更大。
    (4) 研磨片材料选择  扩张式研磨片应有良好的耐磨性和磨料嵌入的保持性,有足够的强度和适当的硬度,且价格低廉,为此,选用HT32~52的细晶粒珠光体灰铸铁。
    研磨芯子4需有足够的刚性,使其在研磨过程中不致扭曲。为此,选用50号钢,淬火至42~46HRC。
    三、 圆锥套规的磨削和研磨
    (1) 粗磨圆锥孔  在内圆磨床上磨削,由于孔较长、砂轮直径较小、刚性差易造成内孔大小头现象,所以磨削时进刀量不能过大。磨后内孔表面粗糙度值要达Ra0.8以下;用锥度塞规着色检查,接触面积不少于75%;孔的圆度误差≤0.005mm。
    (2) 测量端面  以锥度心轴定位,测量平面,以保证平面与孔轴心线垂直误差≤0.005mm。
    (3) 研磨锥孔  用整体研磨棒研磨,研磨后要使锥孔粗糙度值达到圆锥套规的测量Ra0.1;用锥度塞规着色检查后接触面积应大于90%;孔的圆度误差≤0.002mm。
    研磨可用机动或手动,当使用整体式研磨棒研磨时以手动为佳。研磨步骤如下:
    ①将粗磨后的圆锥套规用油石去除飞边毛刺,并清洗干净;②研磨棒表面均匀涂上稀糊状研磨剂(303 1/2号金刚砂、机油、火油、牛油等混合物);③手动研磨时,当研磨棒与套规孔壁接触后,现金手作150°~ 180°的相反方向转动。每转动1至2次后,研磨棒应稍抽离套规表面,换一方向插入再作同样转动,这样周而复始地进行研磨。
    研磨时应注意用力要均匀,研磨棒与套规接触后才开始转动,随时检查研磨棒圆锥母线的直线性,一旦变形应立即更换。当金刚砂失去切削性能时,立即用汽油少将,更换新的金刚砂。研磨剂必须呈稀糊状,使其有“自流”现象,不能干研磨。
    (4) 超精研磨锥孔    由扩张式研磨棒在钻床上研磨,研磨后锥孔表面粗糙度值达到Ra0.005;用锥度塞规着色检查,接触面积达90%;孔的圆度误差≤0.001mm。研磨步骤:
    ①调整钻床速度至8~10m/min ,研磨棒的径向跳动误差≤0.008mm;②在研磨片上均匀涂上一层氧化铬;③右手握套规,使它上下移动6~8mm,当然机动更好。
    研磨时应注意套规必须正握,不能歪斜,否则将引起锥孔几何裁形状的改变;上下移动速度均匀,保持研磨压力一致;研磨剂均匀分布在全锥度上;保持良好的清洁条件。
    四、  圆锥套规的测量
    粗磨锥孔时,用心棒测量锥度,保证几何形状的准确性。同时在此心棒上刻有两条线,工件大头必须在这两条线的中间。
    第一条直径为D1 ± 0.0015 = D + Δ + δ,第二条直径为D2+0.0015=D + Δ + δ+ H (D为套规大头交点名义尺寸;Δ为交点公差;δ为研磨余量;H为B面的研磨余量)。
    由于套规锥度较小,大头交点公差很难控制,所以改用长度方向来控制大头交点尺寸,芯棒C面到B面的长度,l1为套规实际长度,只要测量l2即可获得l值。如果l2值大,表示交点尺寸大,只须修磨B面即可,这样很方便。因为锥度为1°,当轴向磨去0.5mm,其径向交点减少0.0087mm,所以在粗磨内孔时加H余量即可控制交点尺寸,这种测量方法很简单。
    当锥度套规长度较长时测量时要注意用锥面直线误差≤0.002mm的标准芯棒,标准芯棒的锥度误差≤2″在测量中用绸布擦净,测量温度保持在 20 ~22℃。