细长齿条加工工艺分析

所属栏目:工业设计论文 发布日期:2020-09-23 09:42 热度:

   齿条是船用中速机喷油泵中的重要运动控制部件,与齿圈、柱塞配合,使用时通过拉动齿条带动齿圈和柱塞转动来控制行程的作用。为满足使用需求,通常对齿条直线度、圆度和粗糙度要求很高。在多缸喷油泵中,齿条长径比随油缸数目增多而不断增大,加工难度越来越高。

细长齿条加工工艺分析

  1加工重点难点分析

  某型号喷油泵有8缸和12缸两种类型,在喷油泵工作时通过拉动齿条来调节流量。喷油泵装配和使用中对齿条的要求是能够与齿圈精确配合,拉动齿条不会发生卡滞。两种喷油泵对应齿条长度为510mm、700mm,直径为16mm,如图1和图2所示。工作原理和图纸分析可得加工难点主要为两个方面。(1)两种齿条长度和直径比分别为32、44,均属于细长轴,加工时易产生弯曲变形以及锥度、腰鼓形、竹节形等缺陷[1],齿条直线度和圆度保证相当困难。(2)与普通齿条不同,该型号喷油泵齿条的齿是方形齿,两齿一组,齿条每组齿对应一个齿圈,对齿的位置要求更高,只要有一个齿位置和形状尺寸稍差,对齿条的工作性能就会产生巨大影响[2]。所以,加工齿时要求齿条定位精确、稳定,保证每个齿的位置符合图纸要求。

  2工艺解决方案

  2.1初步方案的确认

  针对此类齿条的加工难点,结合图纸要求制定了初步工艺方案,主要工艺流程如下:下料→材料检验→棒料调质处理→车外圆、端面、打中心孔→调头车外圆、端面、打中心孔→磨外圆→铣平面、铣齿、钻铰孔→去毛刺并倒角→铣键槽、扁面、倒角→调头铣键槽、扁面、倒角→终检→入库。在齿条生产过程中,为减少齿条在加工过程中产生的变形,满足图纸要求的直线度、圆度等位置和尺寸精度要求,现场加工中实行以下工艺方案。(1)设计专用零件悬挂架,要求零件在放置时竖直悬挂,防止零件在放置过程中产生形变;(2)在车外圆时使用一夹一顶方式加工,同时要求全程使用跟刀架,磨外圆时使用双中心架加工,减少零件由切削受力导致的变形[3]。(3)加工齿形时,设计专用铣夹具。如图3所示,该铣夹具主体部分由3块夹具体组成,夹具体Ⅰ、Ⅲ拼接用于加工8缸齿条,夹具体Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ按顺序拼接用于加工12缸齿条,使用一套夹具完成多种齿条的加工,提高夹具的通用性,减少浪费。夹具整体使用T形槽螺母,螺钉固定在机床工作台上定位稳定可靠。齿条加工时,通过夹具体底面、侧面及压板来固定齿条,实现齿条的完全定位,并且可以防止齿条在加工过程中产生受力直接产生弯曲变形。(4)设计专用夹套,防止使用三爪卡盘加工时在齿条上产生压痕。

  2.2现场跟踪生产过程发现的问题

  在完成工艺方案制定和工装的设计生产后,两种齿条投入生产。通过工艺人员现场跟踪头批齿条的全部加工过程,发现初始加工方案存在以下问题。(1)由于零件长径比过大,车床加工时即使全程使用跟刀架加工,齿条仍然产生了较大的弯曲变形,直线度无法满足加工要求,导致磨削时外圆无法完全磨出。(2)即使零件磨削外圆后直线度和圆度符合图纸要求,但是后续机加工工序均在立加上进行,由于铣削切削力过大,虽然通过夹具约束防止了加工时零件直接弯曲变形,但是零件加工完取下悬挂后由于应力原因依旧产生了较大形变,导致齿条直线度超差。以上两种问题都是由于加工时切削力导致的零件变形,最终导致齿条直线度超差而无法满足图纸和使用要求。

  2.3解决方案

  针对加工中产生的问题,工艺人员对加工工艺进行了改进。(1)车削时,将顶尖改为弹性活顶尖,使零件受热后可以自由伸长,减少热变形[4];(2)在车外圆后增加校直工序,对车削后产生较大变形的齿条进行初步矫正,保证其直线度在0.2mm以内;(3)增加外圆磨削余量,确保齿条在磨外圆时能够完全磨出,保证直径的同时达到图纸要求的圆度,同时提高了对直线度的要求,为后续加工和矫正提供了一个良好的基准;(4)在完成所有机加工工序完成后再次对零件进行校直,保证齿条的直线度符合产品图纸要求。

  3工艺效果

  改进后工艺方案为:下料→材料检验→棒料调质处理→车外圆、端面、打中心孔→调头车外圆、端面、打中心孔→校直零件→磨外圆→铣平面、铣齿、钻铰孔→去毛刺并倒角→铣键槽、扁面、倒角→调头铣键槽、扁面、倒角→校直零件→终检→入库。按照改进后工艺进行加工,首批两种齿条试制完全满足图纸要求,并通过了装机实验。

  4结语

  通过对该型号喷油泵两种细长轴齿条的试制可以发现,这类齿条加工最大的难点是保证齿条的直线度。现阶段可以通过加工时使用跟刀架、中心架、夹具等限制零件变形、加工完后垂直悬挂、增加磨削余量、加工后校直矫正零件等方式保证齿条直线度,最终满足齿条的使用需求。

  参考文献

  [1]谢新伟,赵千红,徐国荣,等.减缓车削加工时细长轴振动的方法[J].应用能源技术,2007,(9):9-13.

  [2]王刻强,冯定,施雷,等.齿条齿侧变形对齿条传动的影响[J].石油机械,2019,(6):55-60.

  [3]伍俏平,刘广平,邓朝晖,等.细长轴切削加工研究进展及其展望[J].机械研究与应用,2016,(3):208-211.

  [4]李永祥.细长轴的车削加工方法[J].工程机械,2005,(11):56-59.

  《细长齿条加工工艺分析》来源:《现代制造技术与装备》,作者:刘海川 李学良 黄鑫 金奎 向健利 陈思睿

文章标题:细长齿条加工工艺分析

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