偏心轴类零件加工分析

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[摘 要]轴类零件中偏心轴是一种特殊的轴。是轴类零件中加工难度较大的一种。它的加工难度比普通轴类零件要大很多。偏心轴的加工，特别是细长偏心轴的加工，可以反映一个企业的机械加工能力。而镍基合金是一种具有高强度、高韧性和高耐磨性的难加工材料，越来越多的应用到轴类零件上。

[摘 要]偏心轴 镍基合金 变形 位置度

中图分类号：D415 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）13-0289-01

一、零件介绍

SS.050023是我最早接触的偏心轴之一，2009年开始试制，2009年年底交付首件。首件得到了客户的认可。随后即投入批量生产。本文以该偏心轴为例，通过分析并解决在试制过程中出现的工艺问题。为后续偏心轴的试制提供宝贵经验。

该偏心轴的毛坯为镍合金ALL0Y718的棒料。零件总长965.962mm，最大外径为Φ87.376mm，零件有一个 Φ31.75的偏心通孔，零件左端有位置度要求较高的偏心内孔，零件右端有位置度要求较高的偏心外圆，偏心距全部为8.89mm，在零件右端面有许多台阶孔，尺寸及位置度要求高，加工时要避开63mm的干涉距离。如下图所示：

二、加工中存在的问题

该零件材料主要成分含镍50-55%，含铬17-21%，含锰2.8-3.3%等等，和其它镍基合金的一样，有优良的高温强度、热稳定性，硬度高，导热系数低。

加工中主要存在的问题：

1.深孔钻加工偏心内孔，进出口偏差较大。

2.图纸要求所有未注外圆位置度为0.127，立加铣削槽时，粗加工完检查中间外圆跳动超过0.4，变形导致所有位置度无法满足要求。

3.偏心外圆位置度要求高，数车加工时无法检查。

4.端面孔复杂，孔加工难度大，冷却不充分，排屑不畅，刀具磨损较快，容易打刀。

三、偏心轴的工艺安排

先在零件两端面各加工一个偏心孔，在卧式加工中心上钻两个偏心孔作为深孔钻加工偏心孔的引导孔，孔口倒角作为顶尖孔。

然后在零件适当位置上组合工艺套，再用两顶尖装夹在车床上将工艺套车成偏心套，这样就可以支撑该偏心套来加工偏心孔。

工艺套使用45#钢，价格低廉，适合我们这种批量少价格昂贵的零件。为防止加工中偏心套松动导致偏心错位，我们将偏心套配过盈0.1～0.15，加热后组合在零件上，取下偏心套也很容易，在偏心套最薄处铣个开口就可以很方便的卸下来。

四、工艺流程

合理的工艺线路对零件的加工质量至关重要。偏心轴的工艺就是要控制零件的偏心距。

工艺编排，把容易引起零件弯曲变形的工序编排靠前位置。比如去除大余量的深孔钻工序和四槽去大余量立加粗加工工序编排在两端型面精加工前完成，最大限度的减小加工内应力影响零件后续精加工。

后续工序需检查零件中间位置的跳动，监控零件变形情况，按零件变形情况，安排校正工序，较直变形零件。

减小零件加工中的人为因素，尽量用机器完成工序中的工作，易于保证零件加工精度。比如螺纹加工，改钳工攻丝为加工中心螺纹铣削。

五、加工分析

1.深孔钻削

正常的钻削技术所加工的孔，其孔深一般不超过5倍直径，而该偏心轴中心的偏心孔长径比超过30，加工难度极大，而且只能从一头加工偏心孔，如果两头加工则很难做到两头偏心孔同轴。任何孔深大于10倍直径的孔都称为深孔，深孔加工需要高压的冷却液和良好排屑系统。深孔加工排屑是难题，切屑越小越好排出。高压力的切削液流经钻头与己钻孔之间的外钻管，钻头是中空的，切削液携带铁屑进入钻体，然后经钻杆排出。

因镍基高温合金很难加工，刀具磨损严重，加工到一半深度就必须退刀更换刀片后再继续加工。孔径比越大，孔的同轴度越难以保证，加工出来的偏心孔出口偏差在0.5～1.6mm之间，超过最终图纸要求，所以外圆必须留有余量，以内孔为基准修车外圆来满足同轴度要求。

偏心轴是采取在卧式加工中心上找正己加工的偏心孔，修正外圆基准，保证零件偏心轴。

2.控制铣削变形

因为不对称铣削，粗加工后零件中间弯曲变形0.2～0.5，必须进行校直后才能进行精加工。校直时支撑零件两头，找到中间外圆跳动最大处，根据百分表的显示慢慢调整机床压力。

采用合理有效的刀具和切削参数对控制铣削变形至关重要。

高温合金是难加工的材料之一。其主要的切削特点为 ①切削力大，②切削温度高，③加工硬化严重，④刀具易磨损。镍基高温合金ALLOY 718基体硬度约HRC37，切削后表面产生0.03毫米左右的硬化层，硬度增加到HRC47左右，硬化程度高达27%，加工硬化现象对刀具寿命有很大影响。

在加工的过程中，增强零件装夹钢性和强有力的冷却有效的减小铣削变形，还能延长刀具寿命。

3.端面孔加工

端面细长孔因为尺寸及位置度要求高，所以工艺编排在最后加工。

孔加工属半封闭式加工，是轴类零件加工中难度最大的加工方式，主要难点表现在孔的直径较小，孔径较深，冷却效果差，产生的切削热和切屑难以及时排出，刀具磨损严重，并且轴端面在有凸台，刀具伸出很长导致刀具的钢性差，加工过程中让刀严重磨损，影响孔的直径和位置度。

通过加工中摸索，钻削镍基合金小深孔需关注以上几点：

优先使用带涂层的整体硬质合金刀具，带涂层刀具可明显延长刀具寿命。

增大锋角可减少刃屑接触长度，降低切削热，改善钻头切削条件，高温合金钻头的锋角推荐135°～140°。

钻小深孔时必须使用啄钻，每啄钻一次后将刀具完全退出零件表面，让冷却液充分冷却钻头并冲走切屑。

刀具悬深太长，刚性太差时可将刀具做成阶梯式刀具，在不干涉的情况下增大夹持部分的直径。

尽量使用强力夹头刀柄或液压刀柄等高精度刀柄来装夹刀具，这样刀具的跳动小寿命长，加工的孔位置精度高。

钻头在切入工件时震动最大，导致钻头的横刃磨损或崩刃，钻头寿命低。可调整切削参数，在切入工件的时候将进给降低到30%，等钻头进入工件3-5mm后再使用正常的进给。

长径比超过10的小深孔可使用内冷钻头，这样可充分冷却削刃，使排屑变得更为顺畅。

六、存在的问题及改进方向

1.不对称铣削外圆，如何减小加工应力造成零件的变形，控制零件变形，正是我们需要深入探讨的一个问题。

2.在没有消除零件加工内应力的情况下，如何防止其影响后续工序加工，也是我们需要改进的一个方向。