特殊形状零件加工方法探讨

针对如图1所示的零件形状或类似形状的零件，两端呈阶梯圆柱或圆台形，中间为正六棱柱，中心为阶梯状空心圆柱，且六方两端的圆柱直径与六方的对边距离接近。初步分析其加工方法主要有以下几种：
　　(1)机械切削加工：即采用车削和钻削的加工方法；
　　(2)冷挤压加工：无切削加工；
　　(3)挤压加切削：即先挤到一定的形状以后，再进行切削加工，这样可以降低挤压模具的设计和制造难度，特别是A段的难度。
　　下面对各加工方法的工艺及特点分述如下：
1　机械切削加工
　　采用机械切削加工的方法，首先要选好原材料(如六方钢)，然后按下述工艺进行加工：
　　车大径外圆F；车小径外圆E；钻孔D；切断；重新装夹掉头车A；打中心孔；钻预孔；钻铰孔B；钻铰孔C。
　　上述加工工艺适用于在普通车床上加工，每个零件大约需要加工时间15分钟，如果改用六轴自动车床进行加工，可达到20～30秒钟加工一件，各工位工艺如下：
　　(1)粗车外圆F，A加工到尺寸；
钻孔B超过孔深的1/2；
　　(2)粗车小径E；
钻孔B到规定尺寸；
　　(3)精车外圆F到尺寸；
钻孔C超过孔深的1/3；
　　(4)滚字(型号)
钻孔C超过孔深的2/3；
　　(5)精车小径E，退刀槽；
钻孔C到尺寸；
　　(6)切断。
2　冷挤压加工
　　冷挤压是金属压力加工中的先进工艺之一，它具有以下优点：
　　(1)节约原材料。冷挤压是一种塑性加工工艺，它在不破坏金属性质的前提下使金属体积作塑性转移，达到少切削、无切削而使金属成形。这样就避免了切削加工时形成的大量金属废屑，大量节约钢铁及各种金属材料。
　　(2)提高劳动生产率。冷挤压在压力机上进行生产，操作方便，容易掌握，生产率很高。
　　(3)可加工形状复杂的零件。
　　(4)冷挤压件的强度大，刚性高。
　　(5)冷挤件可获得理想的表面光洁度及尺寸精度。
　　如图一所示零件的冷挤压工序为：
　　下料及镦平；退火；预冲孔；挤六方；正反挤、大孔成形；反挤成形；小孔冲成形。
　　如果具备500吨压力机，上述第2～6道工序可在同一台设备上连续完成，如果不具备500吨压力机，也可利用30～100吨冲床分别完成。
　　工序变形简图如下：
　　3　工艺比较
3.1　材料利用率
　　机械加工的材料利用率为：26.48%(六方钢)
　　冷挤压的材料利用率为：98.25%
　　冷挤压的材料利用率是机械加工的3.71倍。
　3.2　加工时间
　　机加：六轴自动车床加工为30秒；单台普通车床为15分钟。
　　冲压：自动送料500吨压力机为2～3秒；单台冲床加工总时间为18秒。
4　关键工序分析
　　从前面冷挤压的各道工序看似乎都不是太难，但一旦动手去做，就会发现挤六方工序比较困难，其主要问题是A与六方的对边距离S太接近，只有1mm左右，这种结构势必导致模具的压套壁厚太薄，就很容易引起模具崩裂。事实证明也是如此，在试制阶段，冲几个工件就发现压套崩裂了，那么怎样才能解决这个矛盾呢?经过仔细分析研究和试验，解决方案有如下三个：
　　第一：采用较好的材料制作压套。一是采用较好的弹簧钢，另外也可采用一些比较新的材料，如65Nb，可以提高模具的使用寿命。
　　第二：从模具制造工艺解决。如图3所示，在活动压套的加工过程中，就事先用钼丝割开，这样就能很好地解决压套的崩裂问题。
　　第三：在设计六方工序时，将前面A处也挤成六方，挤压成形以后再在车床上加工A。这样，模具设计就简单得多，模具的结构强度大大提高，模具的寿命也就大大延长。