R型中心孔在精密轴类零件中的应用

严冰玉，张剑利，李凤侠

（西安航空制动科技有限公司，陕西 兴平 713106）

在实际生产中，轴类零件外圆磨削，在机械加工中，是较为常见的保证零件尺寸精度和形位公差方法。本文中，拉杆在表面处理镀硬铬后，精磨外圆尺寸Φ5.15±0.004mm时，发现零件表面存在无铬层现象，磨削尺寸不稳定，圆柱度保证困难，经调整设备，重新研磨中心孔，产品质量仍然不能得到改善。为解决这一问题，通过工艺改进验证试验，将A型中心孔改为R型中心孔，通过对多个品种的拉杆进行验证试验，效果良好，不仅大大提高了生产效率、降低了劳动成本、减少了废品率。

1 零件分析

零件简图如下。

图1 零件简图结构分析

2 加工中存在问题

2.1 形位公差的超差问题及返修措施

在精磨外圆尺寸Φ5.15±0.004mm时，稍度调整困难，尺寸公差±0.004mm难以保证，圆柱度误差在0.003mm～0.006mm范围内，零件尺寸散差较大，尺寸精度不易控制，导致拉杆杆部存在无铬层现象。

对于无铬层的不合格零件，需要进行返修处理。因工艺顶尖孔已不存在，返修只能在无心磨床上进行返修，将退镀后的两零件，相背放入简易工装中，利用双面胶粘合，手持零件小外圆，磨削另一边外圆至尺寸。因镀铬时，零件表面的铬层厚度不一致，而无心磨磨削的加工工艺方法，不能改变零件的位置公差，无铬层现象通过一次返修后，部分零件仍然存在无铬层现象，需经过数次返修零件才能合格。经返修合格的零件，存在零件表面镀铬厚度不一致的风险。

2.2 生产现场的加工纠正措施

工人师傅经过长期摸索，以及加工实际经验积累，一致认为中心孔越小越好，A型中心钻加工中心孔时，60°锥面要小，中心孔尺寸的一致性要好。且外圆磨在磨削时，合金顶尖的角度一般大于60°，磨削的零件质量相对较稳定。

图2 磨削零件质量结构

通过生产现场的具体实际加工情况分析可知：

（1）当中心孔的60°锥面较长时，在研磨工序中，研磨使用的顶尖应需要研磨的实际面积较大，整个锥面很难完全研磨出来，即理论定位处的圆度差，研磨无法纠正。实际加工中表现的现象为稍度调整困难，零件圆柱度不易保证，尺寸Φ5.15±0.004mm保证困难。

（2）中心孔的实际加工尺寸的减小，实际顶尖的角度增大，与零件的接触部位实际为中心孔，孔口边缘。其实质都是将圆锥母线转变为线接触，减小中心孔和顶尖的接触面积，减小摩擦力提高定位精度。

2.3 问题原因分析

通过分析主要原因为在机加过程中，工艺中心孔与合金顶尖接触不良造成拉杆杆部圆柱度存在误差。造成中心孔接触不良的原因如下：

（1）中心钻自身的角度制作误差，导致中心孔存在圆度误差。

（2）零件在加工过程中的跳动量误差、顶尖的角度误差、零件热处理时产生的直线度误差等，都会使中心孔的精度下降，造成多种误差。

（3）顶尖孔在热处理后进行研磨时，研磨不良。

（4）两中心孔的同轴度误差，将会造成零件与顶尖的接触面积减少，使零件产生圆柱度误差。

（5）顶尖的锥面与中心孔的锥面贴合不良，在精磨外圆时顶尖与零件之间产生径向微量位移，零件外圆圆柱度较大，导致零件尺寸超差。

3 实施工艺验证

3.1 中心孔作用

中心孔一般是用于工件的装夹、检验、装配的定位，用于确定轴类等零件中心所加工的工艺孔，加工时作为工件的工艺定位基准和承受工件的自重和切屑力。

图3 不同类型零件对比

中心孔的型号：

中心孔通常按国家标准GB/T145-2001分为：A、B、C、R四种型号，其中：A型中心孔由圆柱部分和圆锥部分组成，圆锥孔为60°，适用于粗加工或不需要多次装夹且精度一般的零件。B型中心孔是在A型中心孔的端部多一个120°的圆锥孔，目的是保护60°锥孔，不让其损伤与破坏。适用于多次装夹且精度一般较高的零件。C型中心孔外端形似B型中心孔，里端有一个比圆柱孔还要小的螺纹孔，适用于零件之间的紧固连接。R型中心孔是在A型中心孔的基础上，将圆锥母线改为圆弧线，以减小中心孔和顶尖的接触面积，减小摩擦力，和顶尖的接触形式为线接触，提高了重复定位的精度，较适用于轻型和高精度的轴类零件。

图4 不同类型零件的中心孔位置

3.2 中心钻种类

轴类等零件端面上的中心孔通常用中心钻钻出，中心钻用于孔加工的预制精确定位，引导麻花钻进行孔加工，减少误差。

常用型中心钻有A型（不带护锥）和B型（带护锥）两种，特殊型的中心钻有C型（带螺纹）和R型（弧形）两种。

R型中心钻的主要特点是强度高，它可避免A型和B型中心钻在其小端圆柱段和60°圆锥部分交接处产生应力集中现象，所以在加工过程中不易折断，操作省时省力，使用寿命长。且用R型中心钻加工出的R型中心孔具有定位精度高，且能起自动定位作用等优越性。

通过对不同型号的中心孔及中心钻进行分析，R型中心孔是将A型中心孔的圆锥面改为圆弧面，将顶尖与中心孔的圆锥面配合改为线接触，减少中心孔和顶尖的接触面积，减小摩擦力提高定位精度。且R型中心钻本身克服了A型中心钻钻孔部分与锪孔部分连接处r小易断的弊病，用R型中心钻加工出的R型中心孔具有定位精度高，自动定位作用等优越性。

对R型 中 心 钻R1/2及R1.6/3进 行 分析，R1/2理论作用尺寸为φ1.67-φ1.844，1.6/3理论作用尺寸为φ2.672-φ2.94。从理论分析可知，将A1/2中心钻改为R1/2型中心孔，将A1.5/2中心钻改为R1.5/3型中心孔，能够对造成零件质量不稳定情况，具有针对性改善。

3.3 验证结论

为了验证措施的有效性，在进行批次性验证试验时，对拉杆采用R型中心钻，测量精磨尺寸Φ5.15±0.004mm（见下表），经检测合格率100%，圆柱度基本控制在0.001mm～0.002mm范围内，加工质量稳定，且精磨外圆后无铬层现象没有发生。

表1 采取措施后的拉杆外圆尺寸检测数据

生产过程能力分析：

计算样本平均值：

计算样本标准差：

计算过程能力指数：

通过查阅过程能力指数表，精磨外圆尺寸过程能力指数1.67≥Cpk＞1.3，且成正态分布。证明过程能力稳定，过程能力报告见下图。

图5 精磨外圆尺寸过程能力指数分析

4 结语

随着制造技术的不断发展，装备性能的不断提升，对零部件的性能也提出更高要求，人们对于零件的精度、质量的要求已经越来越高。因而，采用R型中心孔代替A型中心孔，将A型中心孔的圆锥面改为圆弧面，将顶尖与中心孔的圆锥面配合改为线接触，减小中心孔和顶尖的接触面积，能很好地提高定位精度，进而提高零件磨外圆磨削的加工精度，保证尺寸精度要求。在保证尺寸精度的同时，提高了生产效率，降低了加工成本，减小返工等损失，创造出了良好的经济效益。使因为工艺中心孔与合金顶尖接触不良,造成拉杆杆部圆柱度误差而导致的返修率降低为零。