细小盲方孔成型工艺初探

HEATS · 发表于 2010-10-22 00:33:50

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图1 速度里程表主轴零件图

1 引言

我们在研制SD-95型磁电式速度里程表时，遇到了加工细小盲方孔的特殊问题.零件如图1所示，工作时仪表与传感器采用软轴联接，为传递转矩，需在主轴内加工出边长仅为2.75mm(7/64英寸)作用长度为8mm的正方形盲孔。而且要求方孔的后部深处有一段大于方孔外接圆直径的过渡圆孔，以适应软轴头部的轴向窜动和径向摆动并储存润滑油。由于该轴批量较大，不可能采用特种加工方法，所以一度成为该产品的制约因素，影响经济效益。为此，我们对该孔的加工工艺进行了探索和研究，今介绍如下：

2 思路和加工方法

由于该孔为盲孔，直径又小，无法预制退刀槽且排屑困难，故不能采用插削、冲切等常规的有屑加工方法。因此我们考虑采用先打底孔，然后对轴施加径向压力，使其塑性变形从而由圆成方的无屑成型工艺。基于以上思路，我们先后构思、实践了多种加压成型方法，以下介绍的是几种经种经实践检验较为实用的典型加工方法，本文只介绍方孔的成型工艺部分。

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冲压成型法 / o" i2 d/ ~- F' X9 M0 c, D
工艺步骤为：粗车f6mm段外圆至f7.2mm，钻内孔f4mm深20mm。卸下工件，在孔内插入2.75mm正方芯棒，找正方位后在冲床上用上下模均呈90度的V型模具压制成内外均呈方形，长度为8mm，然后抽出芯棒后即成(图2)。
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图2 冲压成型法
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该方法的优点是工艺步骤简单、模具制造方便、生产周期短。缺点是冲压时工件轴向呈无约束自由状态，故在冲压力的作用下主轴易发生弯曲变形。使方孔与外圆的同轴度难以保证。同时使芯棒容易折断，取出也较困难，工人劳动强度大。此外，工件局部外圆变方后，对后续工序精车外圆等带来不便。实用中正方芯棒采用白钢刀材料，用线切割直接制成，使其有较好的强度。为便于取芯，在长度方向制成1:100的斜度，同时要求冲压时注意随时加油润滑，并采用专用工具抽芯。该方法正品率小于85%，只适用于小批量生产。
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滚压成型法 ) v8 p- C3 B: Y
工艺步骤：粗车f6mm段外圆至f7.2mm，钻内孔f4mm深20mm，加工出孔f5mm深3mm。不卸工件，在车床尾架的专用活顶尖上夹持2.75mm正方芯棒，伸入孔内，以f5mm孔定位。然后开动车床，用滚轮辗压方芯段，使该段变形缩孔，并在方芯的约束作用下形成方孔，滚压到位后停车抽出芯棒即成(图3)。
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图3 滚压成型法
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该方法的优点是所有工步均在车床上不卸工件完成，故成型后的方孔能与外圆保持较高的同轴度，质量容易保证。且对设备要求低，只需普通车床即可，特别适合小型企业。缺点是滚压时径向力较大，会使工件发热并引起振动，此外，对工人的操作技术要求较高。实用中为克服径向力较大的问题，采用了前后双滚轮同时相向进给滚压的方法，并用液压传动，使径向力基本上互相抵消，也加快了滚压速度，效果很好。但此种方法使刀架的进给机构较复杂，常用于批量较大时。该工艺成败的关键在于滚压速度和进给量的掌握，不但要滚压到位，使方孔形状饱满，而且不能过度，以免失去外圆精加工的余量。具体参数如滚压前毛坯外径、滚压速度、滚压进给量等可通过工艺试验获得。
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模具成型法

为适应大批量生产的需要，我们研制出专用模具，使生产率大大提高。

工艺步骤为：在车床上先粗车后精车f6mm段外圆，留磨削余量。钻内孔f4mm深 20mm，并加工出孔f5mm深3mm，用作定位基准。然后在冲床上用专用模具在方孔段对应直径处压出四条凹槽，使材料向孔内转移，在芯棒的共同作用下形成方孔，具体成型过程如图4所示，专用成型模具如图5所示。

图4 模具成型法

模具的工作情况是这样的：工件9以精车后的外圆定位放入凹模体6内。冲床带动上模板8下行时，首先由上顶杆12将工件压紧在定位面上。楔柱17则推动滑块18沿水平导轨19左移，通过销钉16带动移动凸轮15同时左移。凸轮斜面与滚轮2共同作用，迫使方芯3向上运动进入工件内孔，并由f5mm孔定心。上模板继续下移，此时楔柱处于空行程，上顶杆在弹簧10作用下保持顶紧状态，使工件可靠定位。此后环楔14开始进入工作行程，推动四个成型冲头4一起向心同步移动，在工件上压出凹槽使孔内形成内凸，在方芯的共同作用下完成方孔的定型。回程时，上模板上行，环楔14首先脱开成型冲头，使后者在复位弹簧5的作用下回到原始位置。然后楔柱17推动滑块18向右移动，相应地移动凸轮右行，通过斜面和滚轮使方芯退出内孔。最后，上顶杆12松开工件，即可取出工件，至此完成一个工作循环。

1、7、13.联接螺钉 2.滚轮 3.方芯 4.成型冲头5、10.复位弹簧 6.凹模体 8.上模板 9.工件11.调节螺钉 12.上顶杆 14.环楔 15移动凸轮16.销钉 17.楔柱 18.滑块 19.导轨 20.模具座
图5 方孔成型模

该方法的优点是工件外圆经精车后，在模具内的定位精度较高，同时实际壁厚减少，使变形容易，因此能获得较高的质量。由于压凹量较小(单边0.6mm)，又在局部范围内进行，所以作用于工件上的冲压力相对较小，故冲压后工件变形也很小，可直接进入下道磨削工序，使生产率大大提高。此外，该方法操作非常方便省力，深受工人欢迎。缺点是成型后会在工件外圆表面留下4条宽2mm深0.6mm的纵向凹槽，磨削后也不能去除。显然，这不符合图纸要求。对此，我们这样认为：由于该凹槽在理论上对下道磨削工序不利，但实际上，由于该凹槽是局部范围的，影响不是很大，而对使用则影响更小，实践证明，反而有助于润滑，因为槽内恰好用于存储一定的润滑油。所以我们对图纸作了适当的修改，允许这些凹槽存在。如果一定要消除这些凹槽以完全符合图纸要求，则可采用加大毛坯外径，在成型后车去的方法，但我们建议还是不这样做为好。

3 结束语

本文介绍的3种速度里程表主轴细小盲方孔的成型方法，具有原理正确、构思新颖、加工方便、成本低廉的特点。采用以上方法，只需使用普通机床，就能较好地解决这一特殊加工难题。3种方法均很实用，特别是模具成型法，能收到优质高产低消耗的效果，具有良好的经济效益，值得推广应用。

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