R型中心孔在精密軸類零件中的應用

嚴冰玉，張劍利，李鳳俠

（西安航空制動科技有限公司，陜西 興平 713106）

在實際生產中，軸類零件外圓磨削，在機械加工中，是較為常見的保證零件尺寸精度和形位公差方法。本文中，拉桿在表面處理鍍硬鉻后，精磨外圓尺寸Φ5.15±0.004mm時，發現零件表面存在無鉻層現象，磨削尺寸不穩定，圓柱度保證困難，經調整設備，重新研磨中心孔，產品質量仍然不能得到改善。為解決這一問題，通過工藝改進驗證試驗，將A型中心孔改為R型中心孔，通過對多個品種的拉桿進行驗證試驗，效果良好，不僅大大提高了生產效率、降低了勞動成本、減少了廢品率。

1 零件分析

零件簡圖如下。

圖1 零件簡圖結構分析

2 加工中存在問題

2.1 形位公差的超差問題及返修措施

在精磨外圓尺寸Φ5.15±0.004mm時，稍度調整困難，尺寸公差±0.004mm難以保證，圓柱度誤差在0.003mm～0.006mm范圍內，零件尺寸散差較大，尺寸精度不易控制，導致拉桿桿部存在無鉻層現象。

對于無鉻層的不合格零件，需要進行返修處理。因工藝頂尖孔已不存在，返修只能在無心磨床上進行返修，將退鍍后的兩零件，相背放入簡易工裝中，利用雙面膠粘合，手持零件小外圓，磨削另一邊外圓至尺寸。因鍍鉻時，零件表面的鉻層厚度不一致，而無心磨磨削的加工工藝方法，不能改變零件的位置公差，無鉻層現象通過一次返修后，部分零件仍然存在無鉻層現象，需經過數次返修零件才能合格。經返修合格的零件，存在零件表面鍍鉻厚度不一致的風險。

2.2 生產現場的加工糾正措施

工人師傅經過長期摸索，以及加工實際經驗積累，一致認為中心孔越小越好，A型中心鉆加工中心孔時，60°錐面要小，中心孔尺寸的一致性要好。且外圓磨在磨削時，合金頂尖的角度一般大于60°，磨削的零件質量相對較穩定。

圖2 磨削零件質量結構

通過生產現場的具體實際加工情況分析可知：

（1）當中心孔的60°錐面較長時，在研磨工序中，研磨使用的頂尖應需要研磨的實際面積較大，整個錐面很難完全研磨出來，即理論定位處的圓度差，研磨無法糾正。實際加工中表現的現象為稍度調整困難，零件圓柱度不易保證，尺寸Φ5.15±0.004mm保證困難。

（2）中心孔的實際加工尺寸的減小，實際頂尖的角度增大，與零件的接觸部位實際為中心孔，孔口邊緣。其實質都是將圓錐母線轉變為線接觸，減小中心孔和頂尖的接觸面積，減小摩擦力提高定位精度。

2.3 問題原因分析

通過分析主要原因為在機加過程中，工藝中心孔與合金頂尖接觸不良造成拉桿桿部圓柱度存在誤差。造成中心孔接觸不良的原因如下：

（1）中心鉆自身的角度制作誤差，導致中心孔存在圓度誤差。

（2）零件在加工過程中的跳動量誤差、頂尖的角度誤差、零件熱處理時產生的直線度誤差等，都會使中心孔的精度下降，造成多種誤差。

（3）頂尖孔在熱處理后進行研磨時，研磨不良。

（4）兩中心孔的同軸度誤差，將會造成零件與頂尖的接觸面積減少，使零件產生圓柱度誤差。

（5）頂尖的錐面與中心孔的錐面貼合不良，在精磨外圓時頂尖與零件之間產生徑向微量位移，零件外圓圓柱度較大，導致零件尺寸超差。

3 實施工藝驗證

3.1 中心孔作用

中心孔一般是用于工件的裝夾、檢驗、裝配的定位，用于確定軸類等零件中心所加工的工藝孔，加工時作為工件的工藝定位基準和承受工件的自重和切屑力。

圖3 不同類型零件對比

中心孔的型號：

中心孔通常按國家標準GB/T145-2001分為：A、B、C、R四種型號，其中：A型中心孔由圓柱部分和圓錐部分組成，圓錐孔為60°，適用于粗加工或不需要多次裝夾且精度一般的零件。B型中心孔是在A型中心孔的端部多一個120°的圓錐孔，目的是保護60°錐孔，不讓其損傷與破壞。適用于多次裝夾且精度一般較高的零件。C型中心孔外端形似B型中心孔，里端有一個比圓柱孔還要小的螺紋孔，適用于零件之間的緊固連接。R型中心孔是在A型中心孔的基礎上，將圓錐母線改為圓弧線，以減小中心孔和頂尖的接觸面積，減小摩擦力，和頂尖的接觸形式為線接觸，提高了重復定位的精度，較適用于輕型和高精度的軸類零件。

圖4 不同類型零件的中心孔位置

3.2 中心鉆種類

軸類等零件端面上的中心孔通常用中心鉆鉆出，中心鉆用于孔加工的預制精確定位，引導麻花鉆進行孔加工，減少誤差。

常用型中心鉆有A型（不帶護錐）和B型（帶護錐）兩種，特殊型的中心鉆有C型（帶螺紋）和R型（弧形）兩種。

R型中心鉆的主要特點是強度高，它可避免A型和B型中心鉆在其小端圓柱段和60°圓錐部分交接處產生應力集中現象，所以在加工過程中不易折斷，操作省時省力，使用壽命長。且用R型中心鉆加工出的R型中心孔具有定位精度高，且能起自動定位作用等優越性。

通過對不同型號的中心孔及中心鉆進行分析，R型中心孔是將A型中心孔的圓錐面改為圓弧面，將頂尖與中心孔的圓錐面配合改為線接觸，減少中心孔和頂尖的接觸面積，減小摩擦力提高定位精度。且R型中心鉆本身克服了A型中心鉆鉆孔部分與锪孔部分連接處r小易斷的弊病，用R型中心鉆加工出的R型中心孔具有定位精度高，自動定位作用等優越性。

對R型 中 心 鉆R1/2及R1.6/3進 行 分析，R1/2理論作用尺寸為φ1.67-φ1.844，1.6/3理論作用尺寸為φ2.672-φ2.94。從理論分析可知，將A1/2中心鉆改為R1/2型中心孔，將A1.5/2中心鉆改為R1.5/3型中心孔，能夠對造成零件質量不穩定情況，具有針對性改善。

3.3 驗證結論

為了驗證措施的有效性，在進行批次性驗證試驗時，對拉桿采用R型中心鉆，測量精磨尺寸Φ5.15±0.004mm（見下表），經檢測合格率100%，圓柱度基本控制在0.001mm～0.002mm范圍內，加工質量穩定，且精磨外圓后無鉻層現象沒有發生。

表1 采取措施后的拉桿外圓尺寸檢測數據

生產過程能力分析：

計算樣本平均值：

計算樣本標準差：

計算過程能力指數：

通過查閱過程能力指數表，精磨外圓尺寸過程能力指數1.67≥Cpk＞1.3，且成正態分布。證明過程能力穩定，過程能力報告見下圖。

圖5 精磨外圓尺寸過程能力指數分析

4 結語

隨著制造技術的不斷發展，裝備性能的不斷提升，對零部件的性能也提出更高要求，人們對于零件的精度、質量的要求已經越來越高。因而，采用R型中心孔代替A型中心孔，將A型中心孔的圓錐面改為圓弧面，將頂尖與中心孔的圓錐面配合改為線接觸，減小中心孔和頂尖的接觸面積，能很好地提高定位精度，進而提高零件磨外圓磨削的加工精度，保證尺寸精度要求。在保證尺寸精度的同時，提高了生產效率，降低了加工成本，減小返工等損失，創造出了良好的經濟效益。使因為工藝中心孔與合金頂尖接觸不良,造成拉桿桿部圓柱度誤差而導致的返修率降低為零。