滾壓刀加工是一種無切屑加工,通過一定形式的滾壓刀向工件表面施加一定壓力。在常溫下利用金屬的塑性變形,使工件表面的微觀不平度輾平從而達到改變表層結(jié)構(gòu)、機械特性、形狀和尺寸的目的。因此這種方法可同時達到光整加工及強化兩種目的。
滾壓刀加工是將高硬度且光滑的滾柱與金屬表面滾壓接觸,使其表面層發(fā)生局部微量的塑性變形后得到改善表面粗糙度的塑性加工法的一種。滾壓刀加工用滾柱滾壓金屬表面,將表面凸起部分碾平,而使凹陷部分隆起,加工成平滑如鏡的表面。與切削加工不同,是一種塑性加工。被滾壓刀加工的工件不僅表面粗糙度瞬間就可以達到Ry0.1-0.8μm,而且加工面硬化后其耐磨性得到提高的同時疲勞強度也增加了30%等具有切削加工中無法得到的優(yōu)點。 由于可簡單地并且低成本地進行零部件的超精密加工,日益被以汽車產(chǎn)業(yè)為首的精密機械,化學,家電等產(chǎn)業(yè)廣泛采用,發(fā)揮了很大的優(yōu)勢。
加工條件
1.使用滾壓刀加工前表面
由于滾壓刀加工是利用滾柱碾壓的加工方法,所以加工后的表面粗糙度受凸起部分的高度及形狀(即加工前狀態(tài))的影響。 如果加工前表面狀態(tài)粗糙(凸起部分高,凹陷部分深),則不能將凸起部分完全添埋凹陷部分,造成加工表面粗糙。另外,凸起部分的形狀也影響加工后的表面。由車床或鏜床單點切削得到的規(guī)則的凹凸形狀,且為容易碾壓的高度時,可得到理想的表面。一般加工前的表面狀況越好,加工后的表面狀況越好,同時滾壓頭的磨耗也少。如果需要,可增加一道工序。
2.使用滾壓刀加工前尺寸
由于滾壓刀加工是利用滾柱碾壓的加工方法,所以加工前后工件的直徑將發(fā)生變化(內(nèi)徑將擴大,外徑將減小)。為了能加工到尺寸公差范圍內(nèi),應考慮這個變化量決定前工序的尺寸。直徑的變化量與工件的材質(zhì)、硬度、滾壓量有關(guān),所以初進行2~3次試加工后決定其尺寸。
3.驅(qū)動機械
滾壓頭(滾壓刀)標準型號有莫爾斯錐形裝卡部及平行裝卡部。滾壓加工與切削加工不同,不需大扭矩,小功率機床也可以使用,可安裝在鉆床、車床、六角車床、鏜床,鉆孔器等設備上進行加工,勿需特殊設備。
4.使用滾壓刀的潤滑和清洗
由于滾壓刀加工是利用滾柱碾壓進行加工,將產(chǎn)生細微粉塵。粉塵不僅影響表面質(zhì)量,而且加速滾壓頭的損耗,所以有必要大量注入切削液以清除粉塵。滾壓刀加工時應使用粘度低的切削液。粘度高的切削液雖然潤滑性好,可是清洗性能差,不適于滾壓加工。
5.使用滾壓刀加工部分的壁厚
滾壓刀加工是用滾柱滾壓加工部分的表面,使其致密化。所以,為了能夠承受加工壓力,待加工部分應有充分的壁厚(內(nèi)徑的20%)。壁厚太薄或部分薄時,加工后將發(fā)生起伏或真圓度下降。 通常按以下方法解決這個問題:①減少滾壓量;②利用夾具支撐外周;③在削薄壁厚以前實施滾壓加工。
6.使用滾壓刀加工部分的硬度
滾壓頭(滾壓刀)可加工的工件硬度上限值為40HRC,但是也特制加工高硬度工件用的滾壓頭(滾壓刀)。滾壓刀加工高硬度工件時,加工部分由于承受壓力大,工具壽命縮短。所以為得到所需精度的加工面,主要措施是減少滾壓量。
7.使用滾壓刀加工的轉(zhuǎn)速和進給量
向右旋轉(zhuǎn)滾壓頭進行滾壓加工;也可固定滾壓頭,工件旋轉(zhuǎn)也可得到同樣結(jié)果。轉(zhuǎn)速與進給速度根據(jù)加工直徑不同而不同。
8.無法進行滾壓刀加工的部分
用滾壓頭對盲孔及臺階軸進行滾壓加工時,存在以下無法加工的部分:①滾壓刀滾柱前端圓弧部分;②滾柱前端到支架前端的距離;③支架前端到加工部分端面的縫隙;為了使無法進行滾壓加工的部分小,在定好工具直徑后,將磨掉滾柱前端的心軸或使頭的突出量與滾柱前端保持同一位置。
滾壓刀使用注意事項
金屬工件在表面滾壓刀滾壓加工后,表層得到強化極限強度和屈服點增大,工件的使用性能、抗疲勞強度、耐磨性和耐腐蝕性都有明顯的提高。經(jīng)過滾壓刀的滾壓加工后,硬度可提高15~30%,而耐磨性提高15%。 滾壓刀加工可以使表面粗糙度從Ra6.3提高到Ra2.4~Ra0.2。并且有較高的生產(chǎn)效率,有些工件可在數(shù)分或數(shù)秒鐘內(nèi)完成。 滾壓刀加工能解決目前某些工藝方法不易實現(xiàn)的關(guān)鍵問題。例如對特大形缸體的加工。同時它也適用于特小孔的精整加工或某些特殊材料的精整加工。 滾壓刀加工使用范圍廣,在各大、中及小型工廠均能使用。不論是從加工質(zhì)量、生產(chǎn)效率,生產(chǎn)成本等方面來看,滾壓刀加工都是一項比較優(yōu)越的加工方法。在某些方面,它完全可代替精磨、研磨、珩磨等光整加工。 目前,按外力傳遞到滾壓刀的加工方法可分為機械式、滾壓式和彈簧式三類。 按加工性質(zhì),可分為光精加工、強化加工兩類。
通過不同材質(zhì)的試驗,我們發(fā)現(xiàn):
(1)滾壓壓力選擇是否正確,對滾壓后表面粗糙度、尺寸、精度都有影響。一般情況下,滾壓力增加,表面粗糙度提高。但是滾壓力增加到一定程度,表面粗糙度不再提高。如繼續(xù)增加,滾壓表面開始惡化,甚至出現(xiàn)裂紋。
(2)提高工件表面粗糙度,采用滾壓加工效果好。在預加工粗糙度達Ra1.6時,只要過盈量合適,粗糙度可達Ra0.2以上。但當預加工粗糙度只有Ra6.4~Ra3.2,加工表面有振動亂刀紋時,那么較深的刀紋不能被滾壓光,這只有增加過盈量再次滾壓。如果孔的橢圓度和錐度過大,滾壓刀滾壓后上述缺陷仍然存在,同時粗糙度大。因此,預加工表面好小于Ra3.2,幾何精度在一、二級以上,能獲得小的粗糙度,較理想的精度。
(3)材料軟,塑性大,容易被滾壓光。隨著塑性降低,硬度的提高,變形量隨之減少。一般來說鋼和銅的滾壓效果較好,鑄鐵的效果較差??慑戣F,球墨鑄鐵比灰口鑄鐵的滾壓效果要好。滾壓刀滾壓鑄鐵件時,當鑄件的材料硬度不均勻時,被滾壓表面的缺陷(氣孔、砂眼等)會馬上顯露出來。因此,當鑄件表面缺隱較多,質(zhì)量較差時不宜采用滾壓工藝。
(4)滾壓刀使用的過盈量的大小對表面粗糙度和幾何精度的影響很大。通過試驗得知,合理的滾壓過盈量為0.027~0.036mm,此時得到的表面粗糙度為小。大過盈量受多種因素的影響,因此佳過盈量的確定要根據(jù)具體條件多次試驗來確定。
(5)滾壓刀加工速度對表面粗糙度影響很小,所以我們可以提高滾壓的速度來提高生產(chǎn)效率。
(6)滾壓刀滾壓的次數(shù)不宜太多。一次滾壓效果為顯著,可降低粗糙度2~3級。二、三次次之。
(7)滾壓刀的進給量的大小應按滾珠的直徑大小而定。進給量越小,表面粗糙度越小。佳的進給量應通過試驗來確定。
(8)滾壓刀通常有滾珠、圓柱形滾柱、圓錐形滾柱、滾輪等。但用滾珠作為變形構(gòu)件可降低整個滾壓刀成本。而且滾珠的精度高,硬度高,與工件接觸面小,用較小的滾壓力,較小的過盈量可獲得較高的壓強,較小的粗糙度。而且滾珠的使用壽命長,不易磨損,價格便宜,易更換。
通過一段時間的實踐,初步體會到:
(1)滾壓刀加工效果與上道工序密切相關(guān)。如車、鏜后,工件表現(xiàn)凹凸程度越大,滾壓力勢必增大,進給量要減小,滾壓效果不佳。若采用尖頭車刀,小進給量的方法進行精加工并對工件采用汽油,煤油清洗,在滾壓過程中用煤油充分的冷卻,可獲得表面粗糙度Ra≤3μm加工表面。
(2)滾子直徑及圓弧半徑與加工表面的關(guān)系。 ①滾子直徑越大,滾子接觸工件表現(xiàn)積越大,塑性變形不充分。 ②當滾子直徑及圓弧半徑過小時,會給加工表現(xiàn)留下壓痕。實踐表明:當滾子直徑:D=11~14mm,R=3~5mm時,滾壓進給量,S=0.035~0.1mm時滾壓效果好。滾壓前后的尺寸公差按直徑計算可縮小10~15%。
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