薄壁杯形零件是指一端開口，另一端為底面，且壁厚與直徑之比小于1/20的杯子形零件。這種類型的零件外圓加工有兩個難點(diǎn)：一是壁薄容易變形，工件的外圓圓度或同軸度超差；第二個是加工外圓時，由于彈性變形，加工后出現(xiàn)口端大、底端小的喇叭口形，使外圓直徑兩端的母線平行度超差。
1.氣門挺桿的工藝要求
現(xiàn)在轎車上大量使用一類杯形的氣門挺桿，我公司生產(chǎn)了幾個品種的杯形氣門挺桿，其材料都用低碳鋼，滲碳淬火處理。杯形挺桿的壁厚都很薄，只有0.75~1mm,但是對外圓柱面的尺寸及形狀誤差要求較高，圓圖1杯式挺桿示意圖度和外圓直徑兩端母線的平行度要求較高，都為0.005mm,如圖1所示。
圖1
經(jīng)過大量的生產(chǎn)實(shí)踐總結(jié)，我們逐漸掌握了這類挺桿的加工工藝，并滿足了外圓的較高精度。外圓加工的工藝路線是：冷擠壓毛坯→去應(yīng)力退火→粗車外圓→粗磨外圓→滲碳淬火→回火→半精磨外圓→精磨外圓。
2.工藝要點(diǎn)分析
（1）去應(yīng)力退火在后續(xù)的車外圓、磨外圓工序中去掉了外部金屬，金屬內(nèi)部殘余應(yīng)力失去了平衡，使毛坯外圓發(fā)生一定的變形。為此，在車外圓之前，應(yīng)對毛坯進(jìn)行退火，以消除內(nèi)應(yīng)力。
（2）滲碳淬火薄壁杯形挺桿在淬火時極易變形，為此，我們采用密封式可控氣氛多用爐，承擔(dān)滲碳淬火工序，此多用爐全密封，連續(xù)加熱（預(yù)熱、加熱、淬火、回火在一個爐內(nèi)完成）,氣體保護(hù)進(jìn)行滲碳淬火，能夠保證工件的變形量很小。經(jīng)測量我們生產(chǎn)的幾種杯形挺桿外圓變形量≤0.05mm.淬火時工件必須平放，以防變形過大，后續(xù)工序不能消除變形量，即挺桿的軸線垂直于水平面擺放。
（3）精磨外圓以外徑31mm的杯形挺桿為例，淬火前保留（半徑）厚度約0.15mm的加工余量，精磨外圓工序分兩遍磨削，*遍的磨削余量為0.015~0.02mm,第二遍余量為0.005~0.007mm.由于壁薄，磨削外圓時，工件在磨削區(qū)內(nèi)很容易發(fā)生彈性變形，而且口端比底端變形量大,出磨削區(qū)之后,工件回彈,就開口端尺寸大而底端小,反映到挺桿外圓直徑兩端母線間的平行度常會超差,zui大時可達(dá)0.015mm。為了達(dá)到圓度和平行度要求,我們采用高精度外圓磨床mgt1050,并進(jìn)行了一系列的調(diào)整試驗(yàn)。
3.調(diào)整試驗(yàn)
無心磨床磨削工件時，影響幾何精度和外圓磨削精度的因素主要有工件的安置高度（中心高）、導(dǎo)輪的幾何形狀及其位置角度等。
（1）調(diào)整工件的中心高工件的中心高按下式計(jì)算：
h=γπ/360×（d導(dǎo)+d件）（d砂+d件）/（d導(dǎo)+d砂+2d件）選用砂輪型號為p450×150×250wa/sa80lv,導(dǎo)輪型號為p350×225×203a80pr.將砂輪直徑、導(dǎo)輪直徑及工件直徑（以31mm工件為例）代入上式計(jì)算，得出工件中心高h(yuǎn)=12.98mm,若砂輪及導(dǎo)輪修整到直徑分別為400mm和300mm后，再計(jì)算其高度h=11.43mm,式中工件與磨削輪、導(dǎo)輪接觸點(diǎn)的切線角γ取7°。
我們把工件的中心高從10mm到14mm分別調(diào)整后，測量它對圓度和平行度的影響，結(jié)果如表1所示：
從表1中看出薄壁挺桿的*中心高位置，比一般的圓柱狀零件的計(jì)算高度要高。這是因?yàn)楸”诹慵毫Ω舾?，更容易發(fā)生彈性變形。隨著中心高的提高，工件和砂輪中心連線與水平線的夾角β變小，從砂輪和導(dǎo)輪對工件的法向力中分解出的水平方向的擠壓力變小，工件的彈性變形也變小了，這樣杯形挺桿口端和底端的彈性變形差異也隨著縮小了（見圖2）,對改善平行度有利，同時也改善了圓度。但是，中心高的調(diào)整是有極限的，過高時工件在磨削區(qū)內(nèi)會不穩(wěn)定而跳起。
1.導(dǎo)輪 2.托板 3.砂輪 4.工件
圖2 工件外圓磨削水平擠壓力分析
調(diào)高工件中心高以后，由于水平推力減小，砂輪對工件的磨削力也減小了。因此提高工件中心高的同時，也要對工件的縱向進(jìn)給速度、導(dǎo)輪工作轉(zhuǎn)速等其他參數(shù)做相應(yīng)調(diào)整，來增加磨削時間。
（2）導(dǎo)輪幾何形狀及位置角度的調(diào)整貫穿磨時，為使工件有縱向進(jìn)給速度，導(dǎo)輪在垂直面內(nèi)應(yīng)有一傾斜角度α，α也影響磨削精度。為使工件與導(dǎo)輪仍滿足線接觸，提高磨削穩(wěn)定性，就需要導(dǎo)輪修整器的金剛石筆滑座，在水平面內(nèi)也相應(yīng)轉(zhuǎn)過一個角度α′（α′<α）.此外，由于工件的安置高度比兩輪中心高出h,而使工件的接觸點(diǎn)處于略低于高度h的某一位置h′，因此金剛石筆位置也應(yīng)偏移h′值。
①調(diào)節(jié)導(dǎo)輪主軸在垂直平面內(nèi)的傾斜角α。
②對應(yīng)調(diào)節(jié)導(dǎo)輪修整器在水平面內(nèi)的回轉(zhuǎn)角。
③計(jì)算金剛石筆偏移量h′=h×d導(dǎo)/（d導(dǎo)+d件）=[13.5×350÷（350+31）]mm=12.4mm調(diào)整參數(shù)后修整導(dǎo)輪，再磨削挺桿，測量平行度結(jié)果如表2：
從表2中結(jié)果看出，導(dǎo)輪在垂直面內(nèi)的傾斜角α和導(dǎo)輪修整器回轉(zhuǎn)角α′取較小值時，zui有利于薄壁杯形挺桿的外圓磨削。當(dāng)調(diào)整到導(dǎo)輪與工件達(dá)到接近線接觸時，工件圓度和平行度。這樣的調(diào)整應(yīng)根據(jù)不同設(shè)備在實(shí)踐中具體摸索。
我們在試驗(yàn)時發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)輪的工作轉(zhuǎn)速提高一些，杯形挺桿外圓平行度也略有改善。這說明隨著導(dǎo)輪在垂直面內(nèi)的傾斜角α減小，相應(yīng)導(dǎo)輪的工作轉(zhuǎn)速也應(yīng)調(diào)高一些，有利于平行度的改善。
4.結(jié)語
文中探討了加工薄壁杯形零件的工藝方法，并討論和解決了薄壁杯形挺桿的外圓加工中，容易發(fā)生外圓變形和母線平行度超差的問題，希望能給同行一點(diǎn)幫助。（文章來源：《金屬加工》）