论文部分内容阅读
[摘 要]本文针对多型号系列伺服机构装调加载测试系统中一种外形为长薄形的重要零件—弹簧扭板，以刚度为5N.m/°弹簧扭板为研究对象，对防变形加工难点进行分析研究，在淬火加工防变形方法进行分析探究，结合零件特点以及机械加工方法的特点合理优化机械加工工艺方法，摸索出一套有效的保证零件平面度0.05和平行度0.05的加工工艺方法，解决了该零件高硬度易变形的加工难点，使得伺服机构加载测试装调得以顺利进行。
[关键词]高硬度；长薄形；方法；防变形
中图分类号：P12 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）44-0364-01
引言
公司多型号系列伺服机构装配完成后都要进行加载测试，载荷来源于弹簧扭板，扭板的外形结构是一种长薄形结构（见图1），弹簧扭板刚度设计一直是伺服加载系统研究的重要问题，一般认为，增大刚度系数可以提高系统的极限频带，但弹簧刚度系数过大会使力矩信号高频分量增加，降低小梯度加载精度；反之减小刚度系数可以提高小梯度加载精度，但会降低系统极限带频，因此，弹簧扭板的刚度系数经过仿真设计计算，刚度系数越小，扭板的厚度越薄，宽度越窄，其外形通常为长薄形结构。
1 零件结构特征
弹簧扭板外形结构为长薄形结构（见图1），其硬度为43～48HRC，扭板在加工和热处理时容易产生翘曲变形，很难保证设计要求的平面度0.05和平行度0.05。由于扭板的扭矩梯度是伺服机构加载测试的重要参数，而扭板的平行度又直接影响扭板的扭矩梯度，所以从设计上不能降低扭板的平行度和平面度要求。因此，由于零件的外形结构与精度要求，防变形与保证平行度要求成为加工难点。
2加工方案的选择
（1）方案一：校直加工
在扭板工过程中，采取边切削加工边校直的方法，扭板在切削加工整个过程中，留有加工余量，再利用设备平台校直扭板，由于在校直时零件受到不同程度压应力与拉应力，材料内部的受到不均匀的挤压和拉伸，同时产生了较大的内应力，在后续的加工过程中内应力释放又导致扭板产生翘曲变形，所以很难保证扭板的平面度0.05和平行度0.05。
（2）方案二：增加热处理前加工余量
由于零件热处理工序中，长薄零件的变形量最大，那么在热处理前保证扭板有足够厚度，降低热处理变形量，热处理后再进行刨加工和磨加工，经此改进后的工艺方法保证了扭板的平面度0.05和平行度0.05，但是，由于扭板的硬度为43～48HRC，所以刨加工很困难，刀具易磨损，进刀量少，耗时长，大大降低了生产效率。
（3）方案三：优化机械加工与热处理工艺方法
该类零件主要在机械加工中切削量大的工种与热处理淬火过程中發生变形，在机械加工方面充分挖掘机械加工各个机床刀具加工特点，防止在切削过程中的翘曲变形，合理选择机械加工工种、安排机械加工工序；在热处理过程中槽液温度对零件的变形影响很大，且难以避免，研究零件接触槽液与冷却过程中在不同方向的变形特点，合理安装零件，避免过大翘曲变形。
3 工艺流程的安排
经过以上分析得出，制定出该零件的具体加工工艺流程如表1：
3.1防止加工过程中产生过大的内应力
1、该类零件厚度的切削加工不宜采用铣削加工，因为铣削加工产生的热量易使工件产生变形；厚度的切削加工宜采取刨加工，刨削时应沿长度方向切削，且工件要紧贴平台，严防垂直长侧面切削或工件悬空加工。
2、外形的加工宜采用线切割加工。
3.2防止热处理产生过大变形
1、半精加工前增加调质处理。
2、装炉：见图2，热处理前加工两个工艺孔，用铁丝将工件悬挂加热，此方法主要是防止加热过程中重力使工件变形或加热不均使工件变形。
3、淬火：见图2，按箭头方向将工件放入溶液内，当工件接触液面时，要使工件迅速全部进入溶液内，且使工件自由下沉。此方法是为了使先后冷却产生的内应力在厚度方向上对称，避免翘曲变形。
4效果验证
在摸索出上述高精度高硬度长薄结构零件的加工方法后，通过现场加工验证，该类零件陆续投入生产5件，采用上述分析得出的加工方法进行加工后，经过现场调查取证，合格零件4件，废品1件，且报废1件的原因是周转过程中零件损伤，造成报废，与加工方法无关。因此总结得出上述摸索出的加工工艺方法合理有效。
5结论
该工艺方法已经应用于生产中，解决了扭板平行度和平面度难保证问题，为伺服机构测试提供了稳定可靠的扭矩源，解除了伺服机构测试时对扭板的疑虑。采用刨加工方法去除扭板外形余量，加工时，刀具沿长度方向切削，工件大面与台面紧贴装夹，加工方法易操作。热处理时采取悬挂加热，让工件长侧面平行于水平面，防止加热时重力使工件弯曲变形；工件侵入溶液时，让长侧面平行于液面进入溶液，且让工件整体迅速进入溶液内，使工件冷却均匀，减少工件的变形量，工装简单操作简便。经优化后的工艺方法，有效解决了弹簧扭板这类淬火零件长薄结构加工易变性的问题，对后续公司其它同类零件高精度防变形的加工具有一定的参考和借鉴价值。
参考文献
[1]白利，朱宏才，阳辉.优化热处理钢板冷却工艺的研究[J]. 重庆科技学院学报（自然科学版）. 2011（04）56-57
[关键词]高硬度；长薄形；方法；防变形
中图分类号：P12 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）44-0364-01
引言
公司多型号系列伺服机构装配完成后都要进行加载测试，载荷来源于弹簧扭板，扭板的外形结构是一种长薄形结构（见图1），弹簧扭板刚度设计一直是伺服加载系统研究的重要问题，一般认为，增大刚度系数可以提高系统的极限频带，但弹簧刚度系数过大会使力矩信号高频分量增加，降低小梯度加载精度；反之减小刚度系数可以提高小梯度加载精度，但会降低系统极限带频，因此，弹簧扭板的刚度系数经过仿真设计计算，刚度系数越小，扭板的厚度越薄，宽度越窄，其外形通常为长薄形结构。
1 零件结构特征
弹簧扭板外形结构为长薄形结构（见图1），其硬度为43～48HRC，扭板在加工和热处理时容易产生翘曲变形，很难保证设计要求的平面度0.05和平行度0.05。由于扭板的扭矩梯度是伺服机构加载测试的重要参数，而扭板的平行度又直接影响扭板的扭矩梯度，所以从设计上不能降低扭板的平行度和平面度要求。因此，由于零件的外形结构与精度要求，防变形与保证平行度要求成为加工难点。
2加工方案的选择
（1）方案一：校直加工
在扭板工过程中，采取边切削加工边校直的方法，扭板在切削加工整个过程中，留有加工余量，再利用设备平台校直扭板，由于在校直时零件受到不同程度压应力与拉应力，材料内部的受到不均匀的挤压和拉伸，同时产生了较大的内应力，在后续的加工过程中内应力释放又导致扭板产生翘曲变形，所以很难保证扭板的平面度0.05和平行度0.05。
（2）方案二：增加热处理前加工余量
由于零件热处理工序中，长薄零件的变形量最大，那么在热处理前保证扭板有足够厚度，降低热处理变形量，热处理后再进行刨加工和磨加工，经此改进后的工艺方法保证了扭板的平面度0.05和平行度0.05，但是，由于扭板的硬度为43～48HRC，所以刨加工很困难，刀具易磨损，进刀量少，耗时长，大大降低了生产效率。
（3）方案三：优化机械加工与热处理工艺方法
该类零件主要在机械加工中切削量大的工种与热处理淬火过程中發生变形，在机械加工方面充分挖掘机械加工各个机床刀具加工特点，防止在切削过程中的翘曲变形，合理选择机械加工工种、安排机械加工工序；在热处理过程中槽液温度对零件的变形影响很大，且难以避免，研究零件接触槽液与冷却过程中在不同方向的变形特点，合理安装零件，避免过大翘曲变形。
3 工艺流程的安排
经过以上分析得出，制定出该零件的具体加工工艺流程如表1：
3.1防止加工过程中产生过大的内应力
1、该类零件厚度的切削加工不宜采用铣削加工，因为铣削加工产生的热量易使工件产生变形；厚度的切削加工宜采取刨加工，刨削时应沿长度方向切削，且工件要紧贴平台，严防垂直长侧面切削或工件悬空加工。
2、外形的加工宜采用线切割加工。
3.2防止热处理产生过大变形
1、半精加工前增加调质处理。
2、装炉：见图2，热处理前加工两个工艺孔，用铁丝将工件悬挂加热，此方法主要是防止加热过程中重力使工件变形或加热不均使工件变形。
3、淬火：见图2，按箭头方向将工件放入溶液内，当工件接触液面时，要使工件迅速全部进入溶液内，且使工件自由下沉。此方法是为了使先后冷却产生的内应力在厚度方向上对称，避免翘曲变形。
4效果验证
在摸索出上述高精度高硬度长薄结构零件的加工方法后，通过现场加工验证，该类零件陆续投入生产5件，采用上述分析得出的加工方法进行加工后，经过现场调查取证，合格零件4件，废品1件，且报废1件的原因是周转过程中零件损伤，造成报废，与加工方法无关。因此总结得出上述摸索出的加工工艺方法合理有效。
5结论
该工艺方法已经应用于生产中，解决了扭板平行度和平面度难保证问题，为伺服机构测试提供了稳定可靠的扭矩源，解除了伺服机构测试时对扭板的疑虑。采用刨加工方法去除扭板外形余量，加工时，刀具沿长度方向切削，工件大面与台面紧贴装夹，加工方法易操作。热处理时采取悬挂加热，让工件长侧面平行于水平面，防止加热时重力使工件弯曲变形；工件侵入溶液时，让长侧面平行于液面进入溶液，且让工件整体迅速进入溶液内，使工件冷却均匀，减少工件的变形量，工装简单操作简便。经优化后的工艺方法，有效解决了弹簧扭板这类淬火零件长薄结构加工易变性的问题，对后续公司其它同类零件高精度防变形的加工具有一定的参考和借鉴价值。
参考文献
[1]白利，朱宏才，阳辉.优化热处理钢板冷却工艺的研究[J]. 重庆科技学院学报（自然科学版）. 2011（04）56-57