1、车削工艺
六方孔车削加工是在利用普通车床普及率高、加工效率高的优势,通过增加一套辅助加工装置来实现六方孔成形,见下图。其采用普通车刀配套普通车床、数控车床均可完成车削六方孔动作,效率高,光洁度好,适用范围广。
该装置可固定在机床中拖板上,并通过导向杆与卡盘相连,可实现机床主轴回转时带动导向杆以及装置随转。通过分析下图,六方孔为规则形异型孔,0-1距离和0-3距离均表示原点到六边形角的距离,且为相等的最远距离,0-2距离表示原点到六边形单边最短距离。即单个六方孔含有6条原点到角的最长直线以及含有6条原点到边的最短直线。当以原点为中心,从位置1按照1°以及六边孔边均匀前进至位置2和位置3,会发现从位置1到位置2的距离原点的时时距离与从位置2到位置3的距离原点的时时距离是相反的,且对应原点距离均为对称,该对称适用于整个六方形。基于此,当车床加工六方孔时,需满足当主轴转动1圈时,夹持工件也随之转动1圈,车刀刀尖应沿六方孔边往复运动6次,比如从位置1到位置3为往复1次。
依据以上规律,我们可测得从位置1到位置2的每1°距离,并且该距离数据在往复运动的过程中是一致的。因此我们加工六方孔所需动作为:工件做旋转运动,车刀做往复运动,往复距离为从0-1到0-2的每1°已测距离。如下图为该装置示意图,通过实例验证采用该原理加工六方孔的可实施性和可操作性。
基座与机床中拖板相连并固定,基座内设置可自转齿圈,齿轮轴与齿圈啮合,设计减速比为6,齿轮轴前端安装模轮,车刀固定在刀柄上并随刀柄一起沿着模轮的内部曲线实现往复动作6次,模轮的内部曲线各点到齿轮轴中心的距离等于六方孔边上各点到其中心的距离,从而实现了六方孔车削成形。经试验对边尺寸为65,深度为35的六方孔采用车削加工,设定主轴转速80r/min,进给量1.5,所需加工时间20min,车削纹路光洁度达到6.3。而同样六方孔采用电火花加工则需要2h,加工效率提高6倍
2、线切割和电火花工艺
工件内六方孔为通孔形式,可以选择线切割穿丝加工;工件内六方为盲孔形式,可以选择电火花加工,它们都属于电加工范畴,是利用电火花的瞬时高温使局部的金属熔化、氧化而被腐蚀形成所需求的形状。加工完成的零件表面为电腐蚀后的细小麻点,非光滑面。采用这种方式加工效率低,比如加工对边尺寸65的内六方盲孔工件,加工深度35,采用电火花加工需要2h,故而加工成本高,而且需要车间购置多台机组进行加工。该工艺适合零散件加工,且光洁度要求不高的情况。
3、红冲、冷挤压加工工艺
红冲工艺为热挤压加工,冷挤压工艺为常温挤压加工,都是采用锻压机将金属坯料置入对应模具内进行冲压,迫使金属坯料在模腔流动形成所需形状。该工艺技术成熟,但是受制于压力机床,不同规格产品所需压力不同,对应最经济的压力机型号也不同,需购置多台机床,因此并非机加工厂都备有对应锻压机设备。而且对金属材料的延伸率、硬度、抗拉强度等指标均有要求,冲压的压力非常大,成形表面有鱼鳞纹,会产生残余应力,同时操作冲床具有一定危险性。许多领域的精密异形孔产品明确成形工艺不得采用冲压工艺。
4、旋转拉刀加工工艺
旋转拉刀是利用规则的拉刀冲头(四方形、六方形、梅花形)等安装在车床或者钻床上旋转加工成形,所需成形冲头以一个特定倾角安装在刀柄主体上,机床主轴转动时,冲头形成旋转运动和摆动运动两个运动,两个运动合并且在机床不断进给作用下,最终形成冲头所需形状。该工艺一般适用于对边尺寸20以内,硬度值HB260以下的产品,且往往在孔底会存留残余材料,若规格增大,硬度增高,该工艺不能直接加工,需要先钻内切圆,然后用数控加工中心将各角去除余量剩余至1mm,然后再用旋转拉刀加工,不仅生产成本增加,而且刀具损耗较高,并不能适用于汽轮机相关大规格六方孔螺母的批量加工。
5、插削加工工艺
插削加工是插刀相对工件往复直线运动,工件做进给运动加工形成多边形孔,适用于通孔和盲孔加工,插削的效率和精度不高,不适合批量生产,适合单件或小批量生产加工。
6、瓦特钻加工工艺
瓦特钻也称方孔钻,是通过勒洛三角形原理用旋转的多刃刀具切割多边形孔,需要具备多边形钻头、钻模、钻头夹具三种工具,适合于在铸铁、铸铜等脆性材料上钻削精度不高的方孔,且需要根据加工孔规格确定钻模尺寸。