转向器阀套内孔珩磨与铰珩工艺对比研究

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汽车动力转向器控制阀因功能和结构特点需要阀芯阀套副间运转灵活无卡滞，这就要求阀套(图 1)内孔必须有高的尺寸精度、几何精度和粗糙度 ，具体要求见表 1。

孔径/mm D29.32由于阀套技术要求的特殊性--内孔均匀分布的沟槽，要求阀芯外圆和阀套内孔加工精度高等要求，使得阀套内孔的最终加工工艺选择成为-道难题。目前国内大多数生产 厂采用传 统珩磨作为 阀套内孔 的最终 加工工序 。

随着超硬材料--工业金刚石的产业化发展，将金刚石镀层刀具和铰孔加工应用于珩磨的高效珩磨工艺--铰珩工艺技术在美国被应用于航空和汽车工业 的批量生产[2-3 。

本文对转向器阀套分别使用普通珩磨和铰珩两种工艺，从加工原理、加工参数选择和加工结果等方面进行研究，分析两种工艺的优缺点，从而选择出合适的阀套加工工艺。

图 阀套示意图 1 阀套加工工艺表 1 阀套内孔Jm-r精度表材料 40Cr20钢硬度生产节拍圆度/mm直线度/mm表面粗糙度Ra/ m45 HRC～50 HRC<60 SO.002O.0o20.21.1 传统珩磨工艺传统珩磨工艺方式是-种低速磨削法，安装在珩磨芯轴上的油石在转动和往复运动同时，向被加工孔内壁表面施加-定压力，在磨削液辅助下进行 表面接触的加 工方式f4]。

珩磨加工时-般工件固定不动，珩磨芯轴有三个运动，即两个主运动 ：旋转运动和往复直线运动，-个进给运作者简介：杨筱蓉(1974-)，女 ，陕西合阳人，硕士研究生，主要从事汽车转向器阀控元件加工研究。

Machine Building Automation， 2013，42(4)：61～64 ·61·· 机械制造 · 杨筱蓉 ·转向器阀套 内孔珩磨与铰珩工艺对比研究动：垂直于加工表面的径向加压运动 J。

1)珩磨加工原理珩磨加工原理是用油石和孔壁相互对研而形成新的孑L壁和油石表面的创制过程。随着珩磨的进行 ，油石和孔壁不断产生干涉点，又不断地被磨掉并产生新的干涉点，又不断磨去，使孑L壁和油石的接触面积不断增大，相互干涉的程度不断降低，直至切削作用停止 ，完成加工。

珩磨的切削轨迹为交叉网纹，有利于形成油膜，表面支持率较高。为便于排出破碎的磨粒和切屑，降低切削温度，提高加工品质，珩磨时应使用充足的切削液。

2)油石选用珩磨油石粒度对加工表面粗糙度和加工效率影响较大，在满足粗糙度前提下尽量选取粗粒度以提高效率。在需要加大背吃刀量提高生产效率或为减少油石磨损延长以使用寿命时，应选择硬度较高的珩磨油石见表 2。

表 2 阀套珩磨油石型号表3)珩磨主要工艺参数珩磨油石的旋转和往复运动速度可根据加工材料工艺及精度要求确定。珩磨切削速度是指珩磨芯轴的圆周速度与往复运动速度的合成，其切削轨迹的交叉角 0的大小影响珩磨加工品质及效率，增大往复速度能增强切削作用，提高效率 ，而提高圆周速度则能改善表面品质提高主轴转速 会使表面粗糙度变差，这是由于珩磨油石自励变差的结果，因而提高主轴转速 时需同时提高往复速度，增强油石自励 ，且能保持网纹角。

超程量是指油石在往复运动中，其在)JI：fL的两端超出的距离，超程的长短会直接影响孔的圆柱度，超程过长形成喇叭孔，超程过短形成鼓形孔，两端超程不等会产生锥度，超程量-般为工件长度的 1/3～1/2，珩磨油石长度的 1/4和 1/3。冲程位置应使工件两端的超程相等。根据冲程长度 己调节冲程速度 F。选择冲程速度 F使冲程往复速度 在 8～2O m/rain之间，冲程往复速度用式(1)计算，结果如表 3所示。

2xFxL/1 000 (1)表3 阀套冲程速度计算表选择芯轴转速，芯轴圆周速度需在 10-60 m/min之间，其 由式(2)计算得出，结果如表4所示。

qvxDxV/1 000 (2)表 4 阀套圆周速度计算表· 62·交叉角 0可由式(3)获得，合理的交叉角应该在 30。

2arctan( / ) (3)表 5 阀套交叉角计算表v./ 交叉角 (。)O.33珩磨油石的工作压力是指使珩磨油石上的磨粒能切人工件，并在往复和交叉运动中磨粒能够正常脱落自励的压力，其压力值选择见表6。

表 6 阀套珩磨压力表粗珩压力/1 MPa 精珩压力/1 MPa阀套在普通卧式珩磨机上加工圆度可保证在 0.002～0.003 mm之间，直线度保证在 0.001-0.002 mm以内，粗糙度可以满足RaO.4 m的要求 ，孔径尺寸散差0.005 mm。

实际生产中产生的最主要问题是加工后零件圆度、直线度不易保证，划伤和表面粗糙度达不到要求。

4)珩磨加工工艺缺点大量的工艺研究和试验表明，用珩磨加工精密内孔时，由于加工过程中对珩磨油石进行了径向调整和采用了往复运动方式，破坏了珩磨油石原来保持的良好的尺寸和几何形状 ，孔的加工精度和表面粗糙度很难再提高上去。珩磨是利用可涨缩的珩磨芯轴使珩磨油石压向工件表面，单个油石在孑L内作直线珩磨或微小 圆弧面珩磨；油石又是通过楔片而涨出，在孑L内作往复运动时，油石上的每-部分受力都不同，造成油石在孑L内有轻微颤动，从而产生了上述-系列问题 ；同时由于传统珩磨加工的油石不够耐用 ，在加工过程 中需多次修磨 ，而且每次修磨工作量大、对工人技术要求高，很难实现阀套内孑L的大批量生产。

1.2 铰珩工艺铰珩是利用铰孔定尺寸加工特点在传统珩磨基础上发展起来的-种单冲程超硬磨料珩磨孑L加工技术，是由-系列预设 尺寸的超硬磨料 珩具按顺序- 次走 刀完成加工[6-7 3。

1)铰珩加工原理铰珩加工过程中珩具只做旋转和进给运动，不做往复运动，-次进给完成加工孑L。每把珩具的尺寸逐渐增大，最初先选择较大粒度珩具以实现加工材料较大的去除率，再选择较小粒度珩具以实现高的加工表面品质。珩具的旋转和冲程运动是铰珩的主要运动，主轴转速 和进给速度 F是铰珩加工的主要参数。

铰珩技术可以实现加工孔表面纹理的多样化，包括交叉网纹和正弦曲线 J。零件表面纹理的深度和角度由刀具粒度、零件材料 、刀具旋转速度和加工进给速度 F综合决定。

htp：/ZZHD.chinajourna1.net.cn E-mail：ZZHD###chainajourrta1.net.cn《机械制造与自动化》· 机械制造 · 杨筱蓉 ·转向器阀套 内孔珩磨与铰珩工艺对比研究2)铰珩工艺运动参数铰珩设备为 SUNNEN的4轴 6工位立式珩磨机，见图2所示，4个工位珩磨，其余两个工位用于上下料提高效率÷珩使用全浮笼式夹具，为浮动式摇篮”结构，使阀套在四个方向上都可以移动，都是自由的。根据确定的阀套内孔铰珩刀具总数和技术要求，合理分配加工余量，-般珩磨前，推荐工件所留置余量 O.o4～0.06 mm。粗珩 100目粒度，余量 0.015～0.02 mm；半精珩 200目粒度，余量0.008～0.015 mm；精珩400目粒度，余量0.003-0.006mm。

选用的每根轴的切削加工量及所能达到的直线度 、圆度、粗糙度如表 7所示。

表7 阀套铰珩刀具Jjn-r精度表图 2 铰珩立式珩磨机珩磨头的旋转和往复运动是铰珩的主要运动参数，冲程长度是铰珩的主要位置参数 ，应尽量选择高 的主轴转速，主轴转速高切削效率高。尽量选择较低的冲程速度 ，以减小工具上的扭矩负载，确保工具不会损坏。冲程长度依据工件长度和珩磨心轴在孔两端的超程量计算，冲程位置应使零件两端的超程量相等。

当铰珩的珩具粒度大小选定后，实际上就决定了铰珩加工后所能达到的粗糙度 ，越细的粒度加工出孔的粗糙度就越低。这是因为粒度越细，同时参加切削的微刃颗粒就越多，每个微刃颗粒承受的切削力就越小，切削变形平稳，切削热校粗糙度值越校但当主轴转速太低或进给速度太高时，每个微刃 的切削负荷增大 ，变形增大，切削热增加，粗糙度值也随之变大。冲程速度对粗糙度几 乎无影响。

主轴转速是圆度的决定性因素，主轴转速高切削平稳 ，圆度小 ，但主轴转速过高也会使刀具旋转振动使孔的圆度变大▲给速度低切削负荷增大，切削热增加 ，零件产生微小的弹性变形 ，圆度变大。机床加工轴的位置精度和夹具系统的定位精度决定了铰珩直线度。主轴转速太高会使刀具旋转振动影响孔的直线度。当冲程位置进入点太高而回退点偏低时，同样会产生轻微的振动使直线度变大。优化的阀套铰珩工艺参数如表 8所示。

表8 阀套工艺参数表主轴转速/(r/min) 650主轴圆周速度 /(m/min)冲程速度/mm/min冲程往复速度 /(m/min)冲程长度/mm59.84320O-32135Machine Building g Automation。Jun 2013，42(4)：61～阀套生产采用铰珩工艺加工后，可以完全保证产品圆度 0.002 mm、直线度 0.002 mm(可达到 0.001 mm)、粗糙度RaO.2 m的要求，其尺寸 CPK值大于 1.67，可以保证稳定的尺寸控制能力÷珩刀具在每-个alto循环中不必涨缩，这样就最大限度地减少 了涨缩式珩磨的误差复映现象，以及珩磨工具零件间的传动误差，而且金刚石的磨损较珩磨油石慢得多，因此铰珩能够更好的实现尺寸、形状和表面品质控制。

2 工艺比较与分析2.1 m-r方式比较分析铰珩与传统珩磨加工原理对比见图 3 。

旋转 旋转多次更换刀具l进给--次进刀 I进给-连续多次进刀(a)铰珩加工 (b)传统珩磨加工图3 铰珩和传统珩磨加工原趣示意图· 63·润 . 微刀LH翔霸矗 目H日笋 审 .A巾 · 机械制造 · 杨筱蓉 ·转向器阊套内孔珩磨与铰珩工艺对比研究传统珩磨工艺加工阀套内孔工艺流程分为粗珩、精珩两个工序来保证，使用两台卧式珩磨机，需要两次装卸零件，辅助时间长÷珩工艺由-台设备多工位完成粗精珩磨，只需-次装卸零件，装卸同时加工，没有辅助时间。

铰珩工艺将传统珩磨的往复冲程运动简化为单冲程- 次通过孔进行加工，保持 了刀具 良好的尺寸和几何形状，在加工原理上相当于普通铰孔加工，用-组直径递增的刀具避免了传统珩磨刀具直径在每个加工循环中的涨缩，使运动更简洁更高效。

铰珩比传统珩磨的冲程往复速度 低得多，主轴圆周速度 基本相同÷珩冲程长度 L较长，相比传统珩磨对加工孔的圆度、直线度影响不大，但影响加工效率。

表 9 传统珩磨与铰珩工艺特点比较表特点比较 传统珩磨 铰珩，住复速 16.64/ (m/min)专 周速 58.8 /(m/min)冲程长度 L/mm 52切削加工量 0.003-0.005 mm/次往复次数刀具涨开方式0.3259.84l350.005-O.02 mm/轴1次，根据余量确定轴数机械，加工中不需扩张金刚石2.2 Jj-r精度比较分析传统珩磨在加工过程 中要多次修磨油石(20多次/件 )，生产节拍长且不稳定 ，而铰珩工艺使用超硬磨料镀层刀具，生产节拍可以保证在 40 S以内，加工过程几乎不用调整磨粒套 ，对操作工技能要求更少，生产效率大大提升。同时减少了刀具的磨损，使刀具耐用度高，刚性好，成本低 ，按刀具寿命 100 000件计算单件加工成本仅 0.3元。

铰珩后的阀套内孔尺寸-致性好 ，获得了很高的几何及形状精度，工序能力更稳定，更适合大批量生产加工。

对传统珩磨工艺和铰珩工艺的加工精度进行比较分析见表 10。

2.3 对转向器精度影响分析阀套与阀芯的配合间隙在0.010-0.014 rain之间，采用珩磨工艺的阀套内孔直径尺寸离散度、圆度、直线度稳定性相对较低，需采用分组选配来装配。而铰珩内孔尺寸稳定在 0.001 mm，因此在阀芯加工中无需根据阀套内孔尺寸大小调整，即不需要再进行分组选配，真正实现阀芯阀套的完全互换法装配。同时由于铰珩相对传统珩磨在配磨间隙理论上保证的更准确-些，反映到产品上配钻转向力比较稳定 ，而且阀芯在阀套内转动灵活 ，产品滞后差与传统珩磨相比可提高0.2左右。

表 1O 传统珩磨与铰珩工艺加工精度比较表3 结语铰珩工艺解决了传统珩磨工艺加工阀套内孔存在的问题，可精确稳定控制被加工孔的尺寸精度、形状精度和表面粗糙度，提高了加工品质；同时简化了加工运动，缩短了加工时间，因此铰珩加工效率高，加工成本低，是-种理想的精密运动副内孔大批量加工工艺。