刘健

摘 要：该文以密封靴零件加工攻关过程为例，介绍了一种大圆弧曲面磨削加工工序完成后的后处理工艺方案，即机械抛光。为进一步提高零件大圓弧曲面加工质量，巧用平面磨床往复运动加工特点，从降低机械抛光作业时的冲击和减少羊毛轮自身磨损2个方面着手，实施优化改进的机械抛光方案。最终，密封靴零件加工质量得到稳定提高，满足设计要求。

关键词：大圆弧曲面；机械抛光；平面磨床；羊毛轮

中图分类号：TG659 文献标志码：A

0 引言

抛光是指用抛光材料对物体表面进行平整处理，降低粗糙度并提高表面光泽和外观质量的过程，一般使用油石条、羊毛轮、砂纸等，以手工操作为主。特殊零件如回转体表面，需借助如转台等器械。定制高质量的抛光工具，制定正确的抛光工艺过程，能够有效提高抛光质量。

1 加工现状

密封靴零件（图1）是卷烟物流设备ZF25滤棒发射机的关键零件。工作时，滤棒段在气压的驱动下，沿φ90+0.1

+0.05全长270密封靴大圆弧曲面（文中简称圆弧槽）与等长度发射鼓鼓槽形成的空腔内高速射出，速度可达到150 m/min。为保证滤嘴棒喷出后，质量稳定，密封靴零件圆弧槽应具有较高的耐磨性、表面粗糙度及加工纹理方向要求，从而减少滤棒磨损。根据密封靴精加工工艺规程，零件材质为Cr12MoV，经真空淬火HRC55-60后，使用进口BLOHM HP620保宁超高速平面磨床对圆弧槽进行半精磨、精磨加工后，设计要求，密封靴零件圆弧槽表面粗糙度要达到Ra0.4以内，且加工纹理方向垂直于视图平面（图1）。根据砂轮厂家推荐，使用粒度为80的适合工具钢磨削加工的的棕刚玉砂轮，先在磨床上将砂轮修磨成具有R45外轮廓的轮体，之后，将砂轮用于镗铣后的圆弧槽磨削加工。加工后，用粗糙度检测仪检测，表面粗糙度数值在Ra0.8左右（图7），进行磨削参数优化后零件表面粗糙度仍得不到明显改善，达不到设计要求。

2 问题分析及工艺方案实施过程

2.1 初步工艺方案实施

经深入调研，采用新型陶瓷CBN砂轮可以达到理想的磨削效果，但是，需采购较大规格的CBN砂轮，砂轮修整面积大，难度高，需要采购专用的可进行整形、修锐的金刚石滚轮修整器。采购新附件成本高昂，周期长，且砂轮修整器安装接口需改造。用现有工艺装备，由于保宁机床额定功率仅15 kW，功率相对较小，按工艺规程进行密封靴大圆弧槽磨削加工，表面粗糙度Ra0.4的设计要求，无法达到。因而，拟采用羊毛轮进行机械抛光后处理。抛光工艺方案（表1）如下：

密封靴圆弧槽精磨至下差，即圆弧槽直径φ89.9。用定制羊毛轮毛坯，装夹于砂轮法兰上。然后，在车削中心上，校正法兰内孔，抱紧法兰外圆，车成R45一侧外轮廓，之后掉头，按同种方式校正、装夹，车成R45外轮廓另一侧，接成R45轮廓（图2）；之后，将羊毛轮安装于平面磨床，校正零件及羊毛轮体，将水溶性固体抛光蜡涂抹于慢速转动中的羊毛轮外轮廓，将羊毛轮压圆弧槽0.2 mm，通过平面磨床的往复运动，粗抛5 min，然后机床停车1次，水冷降温、清理（约3 min），羊毛轮压0.02 mm继续精抛3分钟。通过上述工艺过程，完成密封靴零件机械抛光（图3）。

2.2 方案实施效果及问题分析

密封靴圆弧槽抛光效果差，具体表现为圆弧槽纹理不均匀，两端出入口出现磨损情况； 磨削过程中羊毛轮磨损（图4），R45轮廓修整频率高（进行两三件零件抛光作业后，轮廓破坏严重，必须重新上车削中心修整）。

深入分析羊毛轮机械抛光方案，总结出2个造成密封靴零件机械抛光效果不佳的原因：

（1）羊毛轮材质软，车削时R45轮廓校正难度大，法兰轴端装夹空间小，需2次上车，两头车削，接成（图2）。加工成型的羊毛轮，高速转动时跳动大。同时，羊毛轮抛光作业时，出入口受力突变，冲击较大。两方面的冲击容易造成零件受力不均匀，磨损加剧。

（2）圆弧槽内有4种5处槽孔特征（图4），羊毛轮下压抛光作业时，槽孔特征如刀片，羊毛轮R45轮廓，极易受损，造成修整频率高。

2.3 实施优化改进的工艺方案

2.3.1 从2个方面减少抛光作业时的冲击

2.3.1.1 设计制作芯轴，一次车成R45外轮廓

根据羊毛轮法兰的尺寸结构设计专用芯轴，如此羊毛轮可穿芯轴进行车削加工，可将R45轮廓一次车削成型（图5）。

2.3.1.2 制作带坡口对块，减小出入口冲击

根据密封靴零件尺寸特征及磨削抛光作业的特点，在两端增加带坡口对块，对块圆弧槽中心高度与密封靴等高，其尺寸设置为φ89.8，手工打磨坡口使对接位置基本平滑过渡（图6）。因此在抛光作业时，圆弧槽全长度区域受力均匀。

2.3.2 制作封堵块，减少羊毛轮自身磨损

采集零件槽孔特征尺寸（图4），按单边0.05间隙设置封堵块外形尺寸，封堵块列表如下。将加工好的封堵块，放入密封靴完成封堵。

2.4 最终效果检查

按既定工艺过程（表1），实施上述优化改进，进行机械抛光，密封靴零件所受冲击大大降低，而且羊毛轮自身磨损明显减少。羊毛轮经一次轮廓修整可用于整批（约14件）密封靴圆弧槽的抛光处理。抽样，用粗糙度仪在此检测，表面粗糙度数值均降低至Ra0.4以内（图7），而且零件纹理均匀，外观质量明显提高，达到设计要求。

3 结语

在既定设计要求下，类似于密封靴这种具有半径较大，弦长相对较小的凹圆弧曲面特征的零件，由于设备局限等原因，大圆弧槽表面粗糙度的进一步提高一直是困扰企业的加工难题。使用平面磨床进行抛光作业，用机器作业代替手工操作，降低劳动强度，提高抛光作业的稳定性。同时，通过多方面优化改进，很好地解决了机械抛光作业时零件所受冲击较大、受力不均匀、羊毛轮自身磨损等问题。另外，水溶性固体抛光蜡的使用，代替普通油性蜡质抛光蜡，不需要除蜡剂，除油剂进行抛光后处理，简化抛光后处理程序，降低成本。固、细化该机械抛光工艺，稳定提高产品综合质量，赢得客户认可，同时，为企业提高该类零件圆弧槽表面加工质量，提供了一种行之有效的后处理工艺技术手段。

参考文献

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