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滚压头用在提高产品光洁度中的工艺性能

    摘要:本文主要针对一些为使用滚压头提高光洁度的工艺参数、工艺技术以及滚压工具的操作介绍,通过本文的介绍来改善一些滚压不光、滚过有痕等缺陷。

滚压头在开发使用前,很多人用在机加工滚光中用抛光、珩磨、研磨等工艺来提高金属产品的表面光洁度。比如滚压头,这些工艺效率都普遍较慢,但是也有一些工艺有相当的优势,比如珩磨,使用珩磨的工艺,很明显是用珩磨头,它的优势针对一些硬度较高且孔径不是很大的内孔,所以只能用珩磨头,但它的效率比起滚压头的确慢。
下面我们介绍一下滚压工艺的一些问题:
一、加工效果
首先,金属工件在表面滚压加工后,表层得到强化,极限强度和屈服点增大,硬度可提高15~30%;耐磨性提高15%;疲劳极限提高30%;尺寸公差按直径计算可缩小10~15%;在过盈量合适且与其它工艺参数匹配的情况下,表面粗糙度可达到Ra0.2以上。其次,滚压后的平面微观突起被辗平,与密封材料接触流畅,在减小密封件磨损的同时降低了产品动作时的磨耗。从加工效率上来说,一次滚压即可完成加工,生产效率高(φ100×300孔1.5分钟即可完成加工,φ30×40孔10秒就可完成)。
二、工艺参数及要求
1、滚压量:用滚压头进行工件内孔加工时,工具直径设定的要比前加工尺寸稍大一些,将工具(工件)旋转并进给,对内孔进行滚压。这时工具直径与工件前加工尺寸的差值被称为滚压量。滚压量的大小对表面粗糙度和几何精度的影响很大。一般来说滚压量在一定范围内数值越大加工效果越好,但是,一旦超过了这个范围则会导致粗糙度变差,加工面脆性剥落,薄壁件变形等情况的发生。相关数据表明,最合理的滚压量为0.027~0.036mm,此时得到的表面粗糙度最好。但最佳滚压量受材料性能等因素的影响,因此滚压量最终要根据具体情况,试加工几次后确定。考虑到滚压头的寿命及加工精度及压力过大薄壁件变形的问题,所以在试加工过程中,应找出尽可能的小滚压量。滚压量参考值: 
设定滚压量是根据材质及壁厚的不同而不同,滚压量的设定一般为前加工表面粗糙度的3~5倍是最理想的。材质为钢时滚压量范围在0.04~0.07mm 可得到最理想的表面。钢及铸铁件的滚压量范围在0.04~0.07mm时其内径几乎不发生变化。 
2、前加工尺寸:由于滚压加工后直径尺寸将发生变化,为保证尺寸公差,滚压前应留加工余量。直径尺寸的变化量受工件的材质、硬度及滚压量等方面的影响,所以加工余量的确定应在厂家参考值的基础上,试加工几次后确定。应当注意的是,滚压加工后内径无法扩大到与工具的直径一样,因为扩大的内径在工具通过后,由于材料的弹性恢复而被缩小。
      3 滚压头加工的工件硬度上限值为HRC40。
4、 为避免薄壁件在滚压过程中变形,加工部位的壁厚应达到孔径的15%~20%以上。本公司缸体壁厚(以φ80缸体为例)为4.5mm,尚不足孔径的6%。因此,在确定采用滚压工艺后,需设计外部夹持工装。建议在使用工装的同时,尽量减小滚压量,或使用滚压接触面积较小的滚珠滚压头,以降低总的滚压压力。
5、 预加工表面最好小于Ra3.2。同时,铸件的材料硬度不均匀时,被滚压表面的缺隐会马上显露出来。因此,铸件的质量要好,表面缺隐不能太多。
6、 一次滚压效果最佳,可降低粗糙度2~3级,二次三次次之。
7、 滚压过程中用清洁的机油润滑或使用柴油加机油润滑(比例37),也可使用厂家提供的专用润滑液。因润滑液需清除滚压过程中产生的微小金属粉末,所以要用大量的润滑液。润滑液要保持清洁,注意防尘及过滤。
8、 滚压效果与上道工序密切相关。当前道工序加工后,凹凸程度大,滚压力势必增大,进给量要减小,滚压效果不会太理想建议,在滚压前的工序中注意加工精度问题,并同时注意清洁,避免切屑附着在缸体内壁上。
三、滚压头选择及使用
1、 使用方法:滚压头标准型号有莫氏锥柄装卡部及平行装卡部。滚压加工与切削加工不同,不需大扭矩,小功率机床也可以使用,可安装在钻床、车床、六角车床、镗床,钻孔器等设备上进行加工,无需特殊设备。滚压头的调整及使用方法十分简便,以下为调整方法、滚压头结构及使用的示意图:
 滚压头加工示意图
滚压头加工示意图
2、滚珠滚压:用滚珠滚压时,滚珠可以自由转动,即在主运动和进给方向,均为无滑动的滚动,所以,加工后的零件表面质量好。滚珠滚压通常可获得很低的表面粗糙度(Ra0.2μm~0.10μm),在其余工艺参数匹配的条件下,还能达到Ra0.05μm,被滚压零件表面质量好。同时,由于滚珠与工件表面的接触面相对较小,因此,在同样单位压力的情况下能减小总压力,滚压时较轻快,尤其适合于小型细长精密零件的外表面及薄壁零件的内孔滚压。滚压工具结构简单、轻便,当滚珠磨损后,可采用价格低的外购标准滚珠,一定程度上可以降低成本。其不足之处是滚珠使用寿命过低,通常连续使用10h ~ 12h即需更换,而且,综合从网络收集的资料来看,各个厂家的产品大多为滚柱滚压形式,
3、 滚柱滚压:滚柱滚压不仅可以像滚珠滚压一样得到较好的表面粗糙度,又克服了滚珠寿命低的缺点,还可以采用大的进给量,通常采用0.75mm/r-0.80mm/r进行滚压,故其生产效率高。
4、 车刀式滚压:其结构与可更换合金刀片的车刀结构基本相同,操作也与车刀一样。但车刀式滚压,使用的是钻石刀头,更适用于高硬度材料的滚压加工。相对来说,上两种形式,更适合我们的实际情况。
通过以上介绍,使我们了解到了滚压头使用方便、易于调节、无切削残料、能提高产品硬度和使用寿命等性能的优点。
在使用滚压头中我们得知,掌握滚压工具的选择、调节、加工工作台的型号及各种规格的滚压工具配合非常重要。像滚头的自身旋转以及产品的带动都是提高产品光洁度时必须掌握的。当然除了这些,滚压头自身的条件也是尤为重要,比如滚压头的调节范围以及滚压工件的尺寸以及金属材料的硬度及滚压余量等。

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