打壳机气缸内孔加工装置设计

郝 博, 杨斯涵

(1.沈阳理工大学 机械工程学院,辽宁 沈阳110159)

打壳机气缸内孔加工装置设计

郝 博, 杨斯涵

(1.沈阳理工大学 机械工程学院,辽宁 沈阳110159)

近年来我国机械制造加工业飞速迅猛的发展对我国的机制机加行业,尤其是对机加加工的质量提出了越来越高的要求.打壳机气缸内孔加工质量要求高,刚度极低,生产技术难度大,通过设计专用加工装置较好的解决了这一问题.专门为打壳机气缸内孔加工装置做了一次设计,利用普通车床加工出满足相关表面要求的内孔.介绍了深孔加工发展历程,对打壳机气缸缸体进行了加工工艺的分析,根据工件工艺规程需要,设计了镗缸体内孔所需的加工装置;对加工装置进行了结构设计,采用了前后倒顶尖的装卡结构和定位方式,定心效果良好,避免了装卡变形;镗头部位还加了支撑,刀杆内部做了两条通道以便通切削液和压缩空气以解决了深孔加工的排屑、导向、冷却的三大问题;并对加工装置中主要零件镗杆进行了受力分析,并对镗杆进行稳定性计算.这样的加工装置不仅保证了相关技术与要求,还使得其可轻而易举的在车床上完成.

孔加工装置; 镗孔; 气缸; 打壳机

工业制铝经常用电解的方法来电解铝,在电解铝的同时,会在电解槽中的熔液上形成一层表面凝壳,阻碍下料、发生及其危险的熄灭阳极的恶性效应,打壳机的工作部分是电解铝车间的至关重要生产工序.

生产打壳机时,其气缸内孔的加工要求极高,内孔的加工就好比薄壁深孔的加工,必须保证表面粗糙度、圆度、圆柱度同时得到满足.本套内孔加工装置的设计会使产品质量更上一个高度.现在的打壳机的气缸内孔大多是在镗床说着用钻的方式来完成的,要是能在车床上就完成了这些就方便了太多了,利国利民,省时省力,节俭不少精力和钱财,我的设计是在车床上加了一个巧妙的加工装置,这个巧妙的加工装置可以使这个内孔在车床上镗完,而且用的是浮动镗刀,两边可以同时加工,里面的刀杆也很有玄机,刀杆里面有两个管道,这俩个管道可以同时通气和切削液,通气是为了起到加速吹赶切屑的作用,这样就不会导致切削液和切屑在管道里和内控里的堆积,解决的深孔加工的三大问题之一,接下来就是解决刀头的导向的问题了,如果在刀头的四周加上支撑装置,导向偏离的问题会迎刃而解.

1 打壳机气缸加工工艺分析

1.1 打壳机气缸缸体加工工艺分析

打壳机气缸缸体的零件如图1所示.

图1 气缸Fig.1 Air yliner

由图1可知,气缸两端面和表面均要求车削加工,内孔表面粗糙度要求1.6、圆度公差7级、圆柱度公差7级,气缸外表面不需要加工;粗车两端面后再精加工内孔;另外主要工作表面是气缸内孔,虽然加工精度相对较高,但也可以在正常已有的生产条件下加工,可以用较经济的刚法,来保质保量地将零件加工出来.由此可见,该零件的工艺性较好.

1.2 工艺方案制定

使零件的尺寸精度、几何形状、及位置精度的技术要求能得到合理的保证是制定工艺路线的出发点,在生产纲领已经确定的情况下,需要大批量生产的情况下,可以考虑采用车床上用镗刀配合加工用的专用夹具,并尽量使大量工序集中在一起,来提高生产效率.

2 工艺装备设计

2.1 对镗孔工艺的装备要求

(1) 镗杆在车床上安装时,应根据中心度、镗杆中心使其中心误差<0.02 mm,同时校正时用光正法,使镗孔中间支承中心得支撑误差<0.02 mm.

(2) 镗孔时,要注意各个零部件的相关传动情况,并即时向各个润滑点内加好一点的润滑油,并且注意镗杆各挡板轴承间隙配合.

(3) 镗孔要求:①下圆度≤0.03 mm;②锥度≤0.01 mm,不能超过这个界限,且在压入的轴向方向不允许倒椎现象的发生;③端面加工,应与工件轴中心的中心线相互垂直,不垂直度要≤0.10 mm·m-1,镗削用量以拉线的冲眼为准.

(4) 半精镗前,轴向内孔应该至少留有1～1.5 mm单边方向的加工余量,同时必须校核该镗杆加工中心及镗杆上的各挡板轴承间的间隙.

2.2 工艺装备方案设计

加工装置(见图2)采用倒顶尖的形状作为加工装置,与工件自身的倒角部分相配合,有轴承作为支撑,保证了镗杆的导向问题;而且中间加了铜质的防磨材料,预防了镗杆与轴承间的摩擦;加工装置的坡度可以使切屑以及切削液有效、更好地排除,预防了深孔加工堵塞的问题.

图2 尾部加工装置Fig.2 Tail processing device

2.3 工艺装备结构设计

(1) 与车床三爪卡盘连接的前部倒顶尖的设计

① 顶尖中内孔与主轴卡盘的锥部形状相同相吻合,可以不是配合,为了排屑方便.

② 顶尖中间孔部分做成阶梯状,方便切削液的切屑的排除,若是这里做成直角状易造车切屑和切削液的堵塞.

③ 倒顶尖锥度为60°,与工件多于部分做间隙配合,加工后工件多于部分需要车掉.

(2) 刀头的设计

① 刀头四周有四个支撑块,用螺栓连接,保证了的镗刀的导向,采用了弹性强度很大了木胶材料.

② 刀头内部与镗杆连接有三根管道,中间管道分出两个管道走切削液,直接喷到刀头,上下两个管道喷空气,促进切削和切削液的流通.

图3 与卡盘连接的顶尖Fig.3 Connectad to the chuck of the top

③ 镗杆与刀头是螺纹连接,中间为防止泄露采用O型橡胶圈做密封.

图4 刀头Fig.4 Tool bit

图5 镗杆Fig.5 Broring bar

(3) 镗杆的设计

① 镗杆里面有两根管道,中间负责走切削液,外部管道负责喷气体.

② 内外管道的固定需要用焊接在一起.

(4) 与尾架相连的倒顶尖部分

① 顶尖锥部60°角,定心性好,与工件多于部分通过轴向移动即可定心.

② 镗杆与顶尖中间采用向心角接触轴承作为支撑,防止摩擦且又能保证运动的传递.

③ 轴承与镗杆间用铜质材料作为防磨的垫片材料,铜质垫片直接顶有需要时更换铜质垫片即可.

图6 尾部倒顶尖Fig.6 Tail down top

④ 两轴承间隔板防止轴向窜动.

2.4 工艺装备设计计算

2.4.1 镗杆刚度计算

(1) 切削力计算

选用双侧切削的浮动镗刀,刀材料:高速钢 W6Mo5Cr4V2;根据参考文献查到《金属切削数据手册》查表4-2-3可得:刀具的几何参数为刃倾角λs=5°,前角γ0=8°，副后角α′0=5°,主后角α0=5°.

表1 材料参数

可知单位切削力 kc=1 962N·mm-2;工件材料为45钢.

工件参数:硬度HB=175;转速n=10r·s-1;背吃刀量ap=3mm;切削速度v=70m·min-1;每转进给量f=0.3mm·r-1;

主切削力为FC公式:

Fc=kcapf

图7Fig.7

2.4.2 轴承选择

3 结论

电解铝中打壳机气缸内孔加工装置的设计需要考虑的因素很多,例如气缸材料的选择、加工装置的实际工艺性、加工装置实际应用的效率、深孔加工的三大问题、轴承的选择、支撑装置的选择、所用切削液、以及制造工艺的可行性等等,而且加工装置的设计是一项需要工作人经验性很强的工作.因为是第一次设计整套的加工装置,在缺乏重要经验的情况下,本次设计中主要解决了以下问题:

(1) 在车床上深孔加工的设计;

(2) 刀头支撑的设计;

(3) 镗杆内部的设计.

在实际加工过程中有可能会出现排屑不彻底、排气系统和冷却装置能否达到预定的效果,为了解决上述问题,本次设计中采用阶梯状排除切削及切削液,内部喷气体等等,因此本加工装置是合理的,各个系统配合良好,其内孔表面精度可达到要求,可以批量生产.

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Inner cylindrical machining device design for crust breakers

HAO Bo1, YANG Si-han2

(School of Mechanical Engineering, Shenyang Ligong University, Shenyang 110159 , China)

Currently, the rapid development of machinery production and manufacturing industries in China promotes increasingly-high demands on machining quality. Due that the inner cylindrical machining for crust breakers possesses such characteristics as high quality, low rigidity and difficult process, a special-purpose machining device is designed to meet the surface requirements by using ordinary lathes. Based on the deep-hole machining process, an inner cylinder boring device is postulated on structural design. In particular, the chucking structure and positioning mode are adopted with apex reversing to guarantee good alignment and avoid chucking reformation. Afterwards, the support is added to cutter head with two passages inside the cutter arbor for cutting fluid and pressed air to resolve chip-removal, guiding and cooling problems. Thereafter, the loading and reliability of boring arbor is especially analyzed. Therefore, this approach not only meets related specifications, but also facilitates lathes in deep-hole processing.

hole processing device; boring; cylinder; crust breaker

国家自然基金资助项目(61170146)

郝 博(1963-),男,教授,博士生导师.E-mail:hb116@126.com

TH16

A

1672-5581(2016)05-0421-05