回轉(zhuǎn)體深窄環(huán)形槽的數(shù)控電火花線切割加工

龐建林，黃天華

(中山市盈科軸承制造有限公司，廣東 中山 528437)

外球面球軸承因制造精度高，密封性能好，具有自動調(diào)心性能，使用、安裝和維修方便等特點，在包裝、紡織、農(nóng)機、輸送和工程機械等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。一般對防潮、防水和防塵有較高要求的工況條件，常會使用密封性能更佳的三唇密封結(jié)構(gòu)外球面球軸承，而三唇密封防塵蓋的橡膠硫化成形模芯是橡膠硫化模的關(guān)鍵零件，其材質(zhì)為GCr15軸承鋼(真空淬火)，硬度為50～55 HRC，結(jié)構(gòu)特點為回轉(zhuǎn)體上分布有3道相距大約1 mm,槽寬大約0.4 mm,槽深大約4 mm的深窄環(huán)形槽，使用傳統(tǒng)金屬切削工藝加工存在極大的難度。

1 傳統(tǒng)加工方法

外球面球軸承用三唇密封防塵蓋的制造需要設(shè)計防塵蓋橡膠硫化成形模芯，硫化模上3條深窄環(huán)形槽的加工制造精度直接影響防塵蓋的密封效果。因3條深窄環(huán)形槽無法直接借助一般金屬切削加工技術(shù)整體加工得到，傳統(tǒng)方法多采用分片(分段)車削制作初坯，經(jīng)真空淬火后硬精車+磨削，再疊片組合形成外徑上帶有3條深窄環(huán)形槽的橡膠硫化模芯(圖1)。

圖1 分段加工疊片組合硫化模示意圖

傳統(tǒng)橡膠硫化模芯加工方法不但工序繁雜，且零件加工和組配困難，由于尺寸與形狀不完全一致，造成組件累積誤差大，模芯精度低，用組裝好的橡膠硫化模芯生產(chǎn)出的三唇密封防塵蓋質(zhì)量不能達到理想效果，生產(chǎn)效率低。

2 數(shù)控電火花線切割加工

2.1 加工原理

線切割加工是利用電能通過金屬電極絲與工件間的火花放電而沿被加工面做平面X，Y軸線性切削的加工技術(shù)，廣泛應(yīng)用于加工各種沖壓模、微細異形孔、窄縫、曲面零件等，尤其適合于小批量、單件復(fù)雜形狀零件平面線性加工，但無法直接使用普通數(shù)控電火花線切割機對回轉(zhuǎn)體進行深窄環(huán)形槽的加工。

針對橡膠硫化模芯結(jié)構(gòu)特點和現(xiàn)有數(shù)控電火花線切割技術(shù)存在的不足，通過在數(shù)控電火花線切割機Y向工作臺上安裝變頻調(diào)速電動機作為旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置，在旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置輸出端設(shè)置可換定心夾持胎具，并使變頻調(diào)速電動機的輸出軸軸線與電極絲的走絲方向垂直(圖2)，將金屬電極絲的平面線性切割加工與工件繞自身軸線旋轉(zhuǎn)有機地結(jié)合，在電極絲執(zhí)行平面內(nèi)U形線性進給的全過程中(圖3)，工件始終繞自身軸線旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速與電極絲進給量相匹配。運用正反轉(zhuǎn)切換控制使工件的旋轉(zhuǎn)方向與電極絲的走絲方向相反，隨電極絲走絲方向變換而切換旋轉(zhuǎn)方向(圖4)，從而實現(xiàn)回轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)外表面帶有深窄環(huán)形槽的整體加工。

1—控制臺；2—鉬絲架；3—緊固螺栓；4—墊圈；5—鉬絲；6—工件；7—定心夾持胎具；8—緊定螺錠；9—變頻調(diào)速電動機；10—X向工作臺；11—Y向工作臺；12—機床導(dǎo)軌圖2 深窄環(huán)形槽數(shù)控電火花切割工作示意圖

圖3 數(shù)控電火花線切割U形進給示意圖

圖4 電極絲與工件運動方向切換示意圖

鉬絲對旋轉(zhuǎn)工件作U形槽底軸向(X向)走刀，在工件平移和旋轉(zhuǎn)過程中鉬絲逐漸腐蝕切割出深窄環(huán)形槽，如圖5所示。工件在慢速旋轉(zhuǎn)下作平面U形走刀，旋轉(zhuǎn)工件不會與鉬絲發(fā)生干涉，得到的深窄環(huán)形槽整體切割實物如圖6所示。

圖5 槽底軸向走刀腐蝕切割環(huán)形槽原理圖

圖6 回轉(zhuǎn)體深窄環(huán)形槽整體加工實物圖

2.2 加工程序

在編制深窄環(huán)形槽加工程序時，Y向走刀速度可按線切割常規(guī)走刀速度設(shè)置，U形槽底軸向(X向)走刀速度應(yīng)能保證與線切割效能相匹配(一般X向走刀速度約為Y向走刀速度的1/3)。

以使用直徑0.12 mm的鉬絲，在回轉(zhuǎn)體上切割深度為3.5 mm，寬度為0.4 mm的深窄環(huán)形槽為例，可鍵盤直接輸入3B程序?qū)崿F(xiàn)U形進給。

N1：BBB3500GYL4

N2：BBB280GXL1

N3：BBB3800GYL2

N4：D

3 結(jié)束語

生產(chǎn)實踐表明，采用線切割整體加工出的橡膠硫化模芯，其尺寸、形狀精度和表面粗糙度均達到設(shè)計要求。實際生產(chǎn)中還可通過更換固定在變頻調(diào)速電動機輸出端的可換定心夾持胎具，實現(xiàn)不同型號、規(guī)格橡膠硫化模芯的整體加工。對比傳統(tǒng)工藝，縮短了橡膠硫化模具的加工周期，更好地保證了模具的制造精度，延長了模具的使用壽命，并提高了三唇密封防塵蓋的產(chǎn)品質(zhì)量。同時，還可將此加工方法應(yīng)用到其他具有回轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)的深窄環(huán)形槽或其他形狀復(fù)雜的零件加工中，具有較好的推廣價值。