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正交法优化设计不锈钢深孔缸体珩磨工艺参数

正交法优化设计不锈钢深孔缸体珩磨工艺参数 2011年12月09日 来源： 1 问题的提出和试验目的 我厂生产的硫化机上有一个主要零件──不锈钢深孔缸体，其加工质量的优劣直接影响产品使用性能和可靠性。不锈钢深孔缸体因其材质、结构、精度等技术性能要求高，加工难度较大。在整个加工工序中，珩磨光整工序既是重要工序，又是最后一道工序。缸体加工质量由珩磨时磨杆转速、磨杆往复速度、机床主轴转速、油石粒度和切削力等一系列工艺参数确定，在深孔珩磨时，这些参数是互相关联而又互相制约的。若按传统选择方法，先固定一个参数，优选一个参数，这种选择方法带有一定的偶然性，既费事，又得不到满意结果。用正交试验法确定珩磨工艺参数，可以缩短试验周期，节约时间、资金。 本文重点介绍用正交试验法优化设计不锈钢深孔缸体珩磨工艺参数应用实例。 2 现状分析 2.1 零件结构分析 缸体的内表面要求有较高的加工精度和较低的表面粗糙度值，尺寸精度为φ100+0.015，表面粗糙度为Ra0.8m m，长度为1750mm，长径比L/D=17.5，材质2Cr13，属于高精度不锈钢深孔缸体，见图1。 2.2 材质分析缸体材质为2Cr13。众所周知，在现场生产中，不锈钢磨削因其本身韧性大，在磨削时切屑不易被切离，产生大量的切削热不易被切屑带走，为此我们进行珩磨系统设计。设计制造专用珩磨头，用定压弹簧扩张支撑油石作进给完成切削导向任务；设计制造专用磨杆与机床进给箱刚性联结后，由进给机构传递动力完成切削运动。但采用上述方法生产效率低，产品质量不稳定，无法进行批量生产，因此急需设计一组不锈钢深孔缸体珩磨工艺参数。为了使试验结果能直观表达，用内径偏差值E表示试验结果特征值，并把孔径表面粗糙度值作为定性指标值加工考核（E值计算方法见表3）。 2.3 工序处理 由于工件材质及其结构特殊，在工序安排上作了相应处理，见表1。 表1 不锈钢深孔缸体加工工序 序号工序名称 工 序 内 容 1 热 坯料调值HB240 2 车 坯料两端切长配车法兰子口及工艺外圆。 3 钳焊 ①按图纸要求组焊法兰；②点焊工艺圈（焊在内侧）。4 车 粗车内孔至Φ97mm5 热 稳定化处理 6 镗 ①半精镗内孔，孔径尺寸为Φ99.3±0.03，粗糙度Ra1.6mm；②精镗内孔孔径尺寸为Φ100-0.05，粗糙度Ra1.6mm。7 珩磨 ①粗精磨内孔孔径尺寸达图纸要求；②无切削修光粗糙度达Ra0.8mm。 3 试验分析及因素水平测定 3.1 切削力分析 珩磨切削力通常是由三个分力组成，即径向力，切向力及往复轴向力。通过理论计算与试验证明，三个分力中径向力是主要切削力，并占切削力90%。 (1)在深孔珩磨中采用定压径向进给切削。这种稳定性切削加工对薄壁深孔零件的尺寸精度、质量的稳定是个必要条件。 (2)切向力与珩磨杆的刚性浮动环节有关。设计珩磨杆时对其刚性已作校核，在珩磨系统采用二个浮动环节，对其精度影响不大，切向力不作试验要求。 (3)往复轴向压力只是在珩磨头换向时油石受力。但是我们设计珩磨头时结构上已经设有限止油石轴向窜动措施。而且轴向力仅仅只影响两端的尺寸精度，影响甚微，所以在试验阶段中往复轴向力不作试验要求。 3.2 因素水平选择原则 根据分析，在制定因素水平时必须遵守以下原则。 (1)由于零件系薄壁缸体，切削热对其精度变形影响很大，故而因素水平选择时一定要使其热效同各因素之间反应效果良好，散热，快。 (2)选择因素水平时使其在定压扩张径向进给切削状态下工作，切削振动趋向于小值，保证质量稳定。 3.3 制定因素水平表 根据上述选择原则及结合我厂多年加工2Cr13不锈钢材质经验，在珩磨时影响零件质量的主要因素为：①珩磨杆转速；②珩磨杆往复速度；③工件转速；④径向切削力；⑤油石个数。每个因数取二个水平制定出因素水平表。见表2。 3.4 正交试验表选择 这次试验有五个因素，二个水平，根据正交试验的规律，选用L8(2)7正交表安排8次试验，见表3。 4 试验程序制定及记录 表3中8次试验分别用试验号表示；5个因素分别用A、B、C、D、E符号表示；水平用1和2表示。按上述试验顺序号，认真操作，将试验结果记录于表3。 5 试验结果分析 5.1 直观分析 通过8次试验的结果，在表3中直观第4号试验孔径偏差值最小，为0.015mm，但它只是8次试验结果最好的一次，是否就是最佳工艺参数还需进行计算分析。 5.2 极差计算 可以算出Ri各

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