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： 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。

　　經(jīng)過大量的生產(chǎn)實踐總結(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. 工藝要點分析

　　( 1) 去應力退火在后續(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， 應對毛坯進行退火， 以消除內(nèi)應力。

　　( 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， 承擔滲碳淬火工序， 此多用爐全密封， 連續(xù)加熱( 預熱、加熱、淬火、回火在一個爐內(nèi)完成) , 氣體保護進行滲碳淬火，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， 第一遍的磨削余量為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, 最大時可達0. 015mm。為了達到圓度和平行度要求, 我們采用高精度外圓磨床MGT1050, 并進行了一系列的調(diào)整試驗。

　　3. 調(diào)整試驗

　　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算：

　　h = γπ/360 ×(D導+ D件) ( D砂+ D件) /( D導+ D砂+ 2D件)選用砂輪型號為P450 ×150 ×250WA/SA80LV, 導輪型號為P350 ×225 ×203A80PR.將砂輪直徑、導輪直徑及工件直徑( 以31mm 工件為例) 代入上式計算，得出工件中心高h =12. 98mm, 若砂輪及導輪修整到直徑分別為400mm 和300mm 后， 再計算其高度h = 11. 43mm,式中工件與磨削輪、導輪接觸點的切線角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 中看出薄壁挺桿的最佳中心高位置， 比一般的圓柱狀零件的計算高度要高。這是因為薄壁零件對壓力更敏感， 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。

　　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給速度、導輪工作轉(zhuǎn)速等其他參數(shù)做相應調(diào)整， 來增加磨削時間。

　　( 2) 導輪幾何形狀及位置角度的調(diào)整貫穿磨時，為使工件有縱向進給速度， 導輪在垂直面內(nèi)應有一傾斜角度α， α也影響磨削精度。為使工件與導輪仍滿足線接觸， 提高磨削穩(wěn)定性， 就需要導輪修整器的金剛石筆滑座， 在水平面內(nèi)也相應轉(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, 而使工件的接觸點處于略低于高度h 的某一位置h′， 因此金剛石筆位置也應偏移h′值。

　　圖2 工件外圓磨削水平擠壓力分析

　　1. 導輪2. 托板3. 砂輪4. 工件

　　①調(diào)節(jié)導輪主軸在垂直平面內(nèi)的傾斜角α。

　　②對應調(diào)節(jié)導輪修整器在水平面內(nèi)的回轉(zhuǎn)角。

　　③計算金剛石筆偏移量h′= h ×D導/ ( D導+ D件)= [ 13. 5 ×350 ÷ ( 350 + 31) ] mm = 12. 4mm調(diào)整參數(shù)后修整導輪， 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， 導輪在垂直面內(nèi)的傾斜角α和導輪修整器回轉(zhuǎn)角α′取較小值時， 最有利于薄壁杯形挺桿的外圓磨削。

　　當調(diào)整到導輪與工件達到接近線接觸時， 工件圓度和平行度最好。這樣的調(diào)整應根據(jù)不同設備在實踐中具體摸索。

　　我們在試驗時發(fā)現(xiàn)， 導輪的工作轉(zhuǎn)速提高一些， 杯形挺桿外圓平行度也略有改善。這說明隨著導輪在垂直面內(nèi)的傾斜角α減小， 相應導輪的工作轉(zhuǎn)速也應調(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， 希望能給同行一點幫助。