精密超薄套筒磨削工艺分析

叶春梅

（广西机电职业技术学院，广西 南宁530007）

薄壁套类零件一般指孔壁厚度为孔径的1/8~1/10，超过1/10的即可称为超薄壁套类零件，此类零件应用繁多，如精密衬套、钻套、气门轴套、内圆磨具主轴套筒、坐标镗床主轴套筒等。在同等尺寸、同等精度要求下，此类零件的加工与外圆、平面磨削相比，难度更大，主要体现在：首先，内圆砂轮是在零件内部进行磨削，操作者无法看清磨削情况；其次，砂轮和零件接触的面积较外圆、平面大，且冷却液较难进入磨削区域进行冷却，零件很容易烧伤、热变形等。因此合理选择工艺路线和工艺参数就显得尤为重要。下面以磨削精密超薄套筒（如图1（a）零件图）为例，讲述如何在MM1420型磨床上进行精密超薄套筒的磨削加工。

图1 精密超薄套筒

1 零件的装夹

套筒属超薄零件，要达到高精度的要求就必须在加工过程中的每一个环节注意防止零件的变形。因此磨削内圆时装夹方法不能直接采用卡盘，而是采用专用夹具（如图1（b）装夹图）间接装在卡盘上。在装夹之前，零件的端面与外圆均需经磨削，保证端面的平面度和平行度误差小于0.005mm，基准面A须经研磨，且压紧螺母的内端面要与机床的回转轴线相垂直，以保证定位精度。外圆留磨余量0.2mm的情况下圆度和圆柱度小于0.005mm（专用夹具定位面的精度也应达到相应的要求）；零件端面与外圆磨削后需经人工时效处理，消除磨削产生的应力，防止零件变形。装夹时，首先把零件装到专用夹具上，压紧螺母的拧紧力不宜过大，以手的力量拧紧即可，其次把专用夹具装到磨床卡盘上，先用少许力度拧紧卡盘，用百分表校正零件内圆的跳动幅度＜0.05mm后拧紧卡盘。应在零件一次安装后完成粗磨与精磨的磨削。

2 砂轮的选择、修整和砂轮接长杆的选择

（1）砂轮的选择。粗磨为了能够快速把大部分的磨削余量去除，砂轮磨料选白刚玉（WA），粒度可选36＃～60＃，硬度为软（R1），结合剂为陶瓷，尺寸选外径×宽度×内径=70×40×20（mm）。精磨时为了保证磨削质量，砂轮磨料选铬刚玉（PA），粒度可选80＃～100＃，硬度为超软（CR），为加强砂轮对零件的抛光作用，结合剂选树脂，尺寸选80×32×20（mm）。

（2）砂轮的修整。精密磨削中最常使用单颗金刚石笔修整，金刚石笔应具有70°～80°的锐角。在修整时，金刚石笔安装在低于砂轮中心0.5~1.5mm处，笔尖顺砂轮旋转方向倾斜10°～15°。砂轮的修整用量有砂轮线速度、修整速度、修整深度、修整次数和光修次数等，修整用量的选择如表1所示。

表1 砂轮修整用量

在粗磨时，砂轮进行粗修、精修两次修整，在精磨时砂轮进行粗修、半精修、精修三次修整，粗修时修整速度、深度和次数选大值，精修选小值。

（3）砂轮接长杆的选择。接长杆的刚性不足时，容易产生弯曲变形和振动，对加工精度和表面质量都有很大影响，因此，应尽量选择最短的接长杆。根据砂轮宽度40mm、压紧螺母厚度30mm、砂轮越程长度15mm、杆左端面在工作台行程最右边时距离压紧螺母左端面10mm（见图2），算出接长杆的最短尺寸L杆=10+30+72+15=127mm。

图2 接长杆计算图

3 冷却液的选择

冷却液在精密磨削加工中可以起到以下作用：

（1）带走大量磨削产生的切削热，避免烧伤、有效减少零件热变形。

（2）冲走磨屑，避免拉伤零件表面。

（3）减少砂轮和零件间的摩擦，提高零件表面质量。

（4）抑制积屑瘤的产生，从而提高零件表面质量。

（5）砂轮和零件间的摩擦减少，还可以减缓砂轮磨损，提高磨削效率。

因此，合理使用冷却液对零件表面品质、磨削效率和砂轮使用寿命等有着举足轻重的影响。在粗磨时，因为磨削余量较大，单位时间去除的磨屑较多，产生的磨削热也较多，为了达到较好的冷却效果，冷却液比例为：5%的乳化油+95%的水；在精磨时，磨削余量较小，产生的磨削热较少，为了提高冷却液的润滑效果，使零件表面品质得到较大提高，冷却液比例为：10%乳化油+90%水。在使用过程中还应保证冷却系统及冷却液的清洁，设置良好的过滤系统装置。

4 磨削用量的选择

在以上“硬件”满足要求的情况下，如何选择“软件”（即磨削用量）就显得尤为重要。磨削用量主要有砂轮转速、工件圆周速度、工作台速度、单次磨削深度、走刀次数和无火花磨削次数等，应根据粗磨和精磨不同的精度要求来选择，具体选择的参数如表2所示。

表2 磨削用量的选择

在磨削加工过程中，磨削用量还应根据实际磨削情况作微调，这就需要操作者本人有灵活应变的能力和分析问题、解决问题的能力，以适应不同的磨削情况，最终加工出符合精度要求的零件。

此外，在操作过程中还要注意以下操作要领：

（1）因砂轮在零件内部进行磨削，操作者无法看清磨削情况，在对刀过程中往往不加注冷却液，粗磨时可通过观察火花来确定对刀情况；精磨时，因磨削余量很少，可在零件靠右侧的孔壁处涂一层薄而均的红丹油，让砂轮缓慢地接近磨削表面，直到红丹油被磨去再加注冷却液，然后便可进刀磨削。

（2）磨削过程中因浇注冷却液，无法观察火花出现的情况，只能靠仔细听磨削的声音来辨别磨削情况是否正常，如出现声音突然增大应立即把砂轮退出磨削面，并分析原因，排除故障后再重新对刀磨削。

（3）因接长杆的刚性有限，内圆磨削比外圆、平面磨削更容易出现让刀现象，因此，当精磨余量还剩0.01mm时，不要进刀，光磨10～15次后测量尺寸，如果还大再考虑进刀磨削，直到符合精度要求。

精密超薄套筒的磨削加工，各方面要求都很高，一旦某个方面没达到要求，工件很容易出现喇叭口、鼓形、烧伤、表面拉毛划伤等表面缺陷，出现问题时应根据实际情况加以分析，找出问题的根源从而消除这些缺陷。

5 结束语

精密超薄套筒的磨削加工，从零件的装夹、砂轮的选择、磨削用量的选择和操作技术等各方面要求都很高，一旦某个方面没达到要求，工件很容易出现喇叭口、鼓形、烧伤、表面拉毛划伤等表面缺陷，因此要考虑各方面的不利因素，利用技术手段加以分析解决，从而保证加工出来的零件能达到图纸的技术要求。

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