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主轴转速对旋制工件内径精度的影响 |
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作者：王大力 马世成 |
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摘 要： 本文论述了在一个特定工件的旋压工艺试验中，主轴转速改变对工件内径精度的影响。当纵向进给速度不变的情况下，主轴转速增加，即进给量变小时，内径精度将得到提高。
关键词 ： 主轴转速进给量内径精度
一. 工艺分析
一个工艺试验零件，材料为LF21，形状尺寸如下图所示：
以前厂家加工方法为用铝棒车削，但是这样加工极不经济，材料利用率仅仅达到8%，不但造成大量原材料的浪费，而且加工工时也很长。
为了节省原材料和加工工时，曾经考虑用冲压或者冷挤的方法来加工此零件，也曾经做过这方面的工艺试验，但这两种工艺都没有达到图纸上工件内径尺寸公差的要求，采用旋压工艺，一方面可以节约原材料，而且可以旋制出满足图纸技术要求的零件。
二. 工艺流程
旋压工艺流程为：
下料 → 冲压预成形 → 旋压 → 去应力处理 → 机加 → 检验
冲压预成形毛坯如下图所示：
用预成形毛坯一道次强旋成形图纸所要求工件。关键技术是如何确定合理的工艺参数，保证口部内径尺寸Φ84H7+0.035和表面光洁度Ra=3.2um的要求。
三. 工艺试验
工艺试验设备选用本所研制的QX62—90双轮旋压机，其技术参数为：
中心高： 300mm；
旋压力： 横向70KN；纵向90KN
行 程： 横向220mm；纵向500mm
主轴转速：300，450，710，1000，1320rpm
根据零件特点和以往旋压工艺经验，我们初步选定工艺参数如下：
主轴转速：n=1000rpm
纵向进给速度：f=300mm/min
间隙：△1=2mm，△2=1.45mm
旋轮直径： Φ200mm
旋轮圆角半径：R=6mm
芯模直径：Φ83.9+0.02mm
用此工艺参数试验的零件，发现扩径现象特别严重，口部尺寸超差（即喇叭口），而且每个工件都有椭圆现象，口部内径椭圆长轴尺寸Φ84.16mm，短轴尺寸Φ84.07mm。
这种问题可以通过修芯模，减小芯模外径尺寸来解决，但是修整芯模十分困难，试验周期长，需要摸索多次才能保证合理的尺寸公差，于是我们决定改变工艺参数来解决上述出现的问题。
根据资料上的旋压工艺理论，纵向进给量越小，贴模越差，扩径越大；反之，纵向进给量越大，贴模越好，扩径现象能够改善。所以，在旋轮纵向进给速度不变的情况下，如果主轴转速降低，相当于每转进给量提高。为了能够改善工件内径扩径现象，我们降低主轴转速，增加旋轮纵向每转进给量。
我们改变主轴转速，将主轴转速由n=1000rpm降至710rpm，即相当于纵向每转进给量由300/1000=0.3mm/r增加至300/710=0.42mm/r，其它工艺参数不变，那么旋制零件内径精度应该得到提高。但实际工艺试验结果却正好相反，即扩径和椭圆现象反而更加严重，测量结果为：内径尺寸：椭圆长轴Φ84.28mm，短轴Φ84.15mm，这也大大出乎我们的意料。刚开始以为这只是单个零件的偶然现象，可是经过连续试验多件，却发现这一现象依然存在。
这引起了我们的兴趣，我们决定继续摸索一下规律。暂且不管工件表面光洁度情况，将主轴转速进一步降低，由n=710rpm降至450rpm，即相当于纵向每转进给量由300/710=0.42mm/r增加至300/450=0.67mm/r，其它工艺参数不变。工艺试验结果表明，扩径和椭圆现象更加严重，内径尺寸：椭圆长轴Φ84.40mm，短轴Φ84.22mm。
将主轴转速增加至n=1320rpm，即纵向每转进给量为300/1320=0.23mm/r，不但表面光洁度得到改善，而且内径精度也得到了提高，测量结果为：内径尺寸：椭圆长轴Φ84.03mm，短轴Φ84.00mm。
由此可以看出，针对本次特定的旋压工艺，里边一定存在某种我们以前没有注意到的规律。我们可以将其归纳为以下结论：如果将旋轮纵向进给速度设定为同一值，将主轴转速设定为不同值，即如果以主轴每转进给量来说，每转进给量越大，扩径和椭圆现象不但不能得到改善，反而会变得更加严重。这和我们以前书本上常说的“进给量越大，贴模越好”这一规律正好相反。
四. 工艺试验结果
为什么主轴转速降低，进给量越大，扩径和椭圆现象不但不能得到改善，反而会变得更加严重呢？本次工艺试验的结果见下表。工艺试验结果
 针对本次特定的旋压工艺，我们可以发现，在上述几个旋压工艺条件下，工件的线速度是不一样的，可以这样理解：当主轴转速高时，旋压线速度高，那么旋轮施加于工件的局部变形区域的材料的成形速率就快，换句话说就是，当主轴转速高时，相当于参与工件成形的旋轮数量增加，单位时间变形区的面积增加，使材料具有较高的塑性，并且有效限制变形时材料的周向流动，工件变形条件得以改善，减小了扩径现象，工件贴模好，内径精度得到提高。保证了工件有较高的尺寸精度和表面质量。
通常认为：主轴转速这个参数对旋压过程的影响不显著，提高转速，仅能改善零件表面光洁度并提高生产率。现在看来，这一说法并不全面。针对本次特定零件的旋压工艺，主轴转速对内径公差及扩径和椭圆现象有显著影响，即旋压时线速度直接影响到工件内径精度。由于条件限制，我们不能试验其他尺寸规格的零件，也许尺寸改变，主轴转速对内径公差及扩径和椭圆现象的影响不显著，但对本次工艺试验产品来说，这个参数的影响不容忽略。
掌握了以上的规律，在旋压加工此产品过程中，我们不再考虑单纯用降低主轴转速的办法来提高工件内径精度，因为这样一来，不但不能解决问题，反而影响到旋压后工件的表面光洁度。我们尽量在主轴比较高的转速下，增加旋轮纵向进给速度。
在此工艺试验中，我们用以下工艺参数旋制出了合格的样件。
主轴转速：n=1320rpm
纵向进给速度：f=300mm
纵向进给量： 0.23mm/转
间隙：△1=2mm，△2=1.45mm
旋轮直径：Φ200mm
芯模直径：Φ83.9+0.02mm
旋轮圆角半径：R=6mm
试验结果表明，用这种工艺生产的零件性能尺寸完全符合使用要求，内径可以控制在Φ84H7+0.035mm，壁厚1.5±0.01mm，外表面光洁度Ra= 3.2 um。
将此工艺用于生产，生产率可以提高50%，材料利用率提高到90%，所以用旋压方法加工这类零件是比较经济的。
五. 结论
经过以上工艺试验知道，对某些特定零件来说，当纵向进给速度不变只改变主轴转速的情况下，主轴转速提高，即进给量变小时，内径精度将得到提高。
参考文献：
（1） 王成和等 《旋压技术》 机械工业出版社1986
（2） 强力旋压及其应用国防工业出版社1963 (end)
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(6/12/2005) |
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