尼龙薄壁衬套磨削工艺研究

尼龙薄壁衬套磨削工艺研究

刘仁伟 丁明月 孙婷婷

中国航发哈尔滨东安发动机有限公司 黑龙江哈尔滨 150066

摘要：国内尼龙磨削技术尚未成熟，公司在尼龙磨削方面也没有任何的加工经验，通过开展尼龙薄壁衬套磨削研究来解决封包夹具中定位销表面陶瓷层脱落，利用尼龙材料代替陶瓷绝缘的技术难题，同时填补公司在尼龙磨削技术上的空白。

关键词：薄壁衬套 聚酰氨 越程量 磨料 纵向磨削

1.绪论

尼龙是一种工程塑料（聚酰氨），可加工成结构件，具有类似金属的性能，能代替各种金属作为机械零件或工程结构件使用，在某些情况或某些方面比金属件性能更为优良，通常具有其质量轻、比强度高、耐化学腐蚀性好、减磨耐磨性好、电绝缘性优异、有良好的消声吸振性的优点。由于其刚性和耐热性、导热性较差，当零件的尺寸、粗糙度、形位公差有一定要求，磨削加工要比普通钢难度大。目前，国内尼龙磨削技术尚未成熟，尼龙磨削方面也没有任何的加工经验，现通过开展尼龙磨削研究来解决封包夹具中定位销表面陶瓷层脱落，利用尼龙材料代替的加工精度难保证的问题，同时填补尼龙磨削技术上的空白。

2.应用背景及工艺要求：

叶片封包夹具中，利用在金属导柱上喷涂陶瓷的方法，实现带电导柱与夹具体绝缘。在工作中，由于陶瓷易脱落破碎，修理周期长、费用高，常常影响正常使用。现采用尼龙套代替陶瓷的工艺方案来实现绝缘功能，解决陶瓷脱落问题。

在某类装配工装制造中，尼龙类非金属材料应用广泛，其中用于定心的零件尺寸精度、表面粗糙度要求较高，现阶段只能通过精车的技术来加工，但往往达不到零件的技术要求。

3.尼龙磨削难点分析：

3.1尼龙刚性和耐热性差，加工温度比较窄，磨削过程中的温度难控制。温度升高后，其强度明显下降，砂轮易吃刀，精度难保证。

3.2尼龙的导热性差，散热不好，磨削时因发热易使其变形、加工面粗糙并灼伤、砂轮易被尼龙堵塞，切削热很难排除，因此尼龙磨削过程中，切削液的大小、切削量及砂轮的规格选用、磨削参数都严重影响磨削的质量。

3.3尼龙的线胀系数很大，约为钢铁的5倍，对钢铁的嵌合性不良，在对金属棒上的尼龙套外径进行组合磨削过程中，易造成尼龙套的开裂、脱落、松动等问题，因此尼龙套与金属棒的配合间隙很重要。

3.4尼龙外径磨削时，需要配合心轴，心轴与尼龙套的装配难度大，如果采用冷装配，尼龙易脆化。

3.5零件的尺寸公差要求一般在H7、粗糙度Ra0.8左右，尺寸冷热后的回弹量的控制很难把握。

3.6尼龙套内径磨削过程中，夹紧力的大小影响磨削的精度 。

3.7尼龙磨削时，上道工序余量的大小控制，过大则提高磨削难度，过小，找正后由于尼龙的变形大，导致无法全部磨起。

4.关键技术

磨削是一种精加工方法，主要保证较高的加工精度和较低的表面粗糙度值。尼龙磨削是磨削中的难点，由于材料属于非金属材料其刚性、导热性差，加工过程中表面易烧伤、粗糙度和精度都很难达到精度要求，因此砂轮的选择、磨削参数的确定、磨削前余量的确定、夹持的方式等对磨削效果起着关键性作用。

4.1砂轮的选择及形状设计

尼龙磨削技术在国内尚未成熟，相关的技术文献中并没有过多介绍尼龙材料磨削的相关内容，尼龙属于延展性大的材料，硬度低（一般为71HBS）热膨胀系数是碳素钢的5倍，而且都具有较高的塑性，因而磨削时常出现下列现象。

4.1.1材料延展性很大，磨屑容易粘在砂轮的表面，堵塞砂轮，增加磨削的阻力，引起磨料的碎裂和脱落，粘附严重时，失去切削能力，急剧降低砂轮的耐用度，工件也不易达到精度和粗糙度的要求。

4.1.2工件表面容易划伤，粗糙度值高,工件容易变形,磨削效率低。

近些年，铜、铝合金在国防工业、电子工业、仪表工业使用的越来越广泛，这两种材料也属于延展性大、硬度低、有一定的塑性，属于难磨削材料，但有一定的技术文献可查询，因此其在磨削试验中首先将尼龙材料与铝、铜的性能进行对比分析，并依据铜、铝采用的砂轮进行选取试验。

为了克服磨削时容易出现的多种弊病，应选择热传导性好、脆性大的磨料，粒度较粗、硬度较软且组织疏松、结合剂具有较高硬度的砂轮。

为了提高磨削过程的散热速度，在保证磨削质量及效率的前提下，适当的降低砂轮与工件的有效接触面积，有利于砂轮和工件的散热，减少砂轮的堵塞，提高零件的表面质量。

4.2精度分析

零件的磨削精度是指零件在磨削加工后，其形状、尺寸和表面相互位置的几何参数的符合程度。在磨削加工中的误差主要来源工艺系统误差和磨削过程误差。

磨削精度降低的主要原因：

4.2.1由磨削力引起的磨床、工件、砂轮的弹性变形

4.2.2磨床、工件、砂轮的热变形

4.2.3磨床和工件的振动

4.2.4砂轮磨损后其形状、尺寸的变化

4.2.5工艺系统受力变形

4.3

磨削加工工艺参数优化

4.3.1优化砂轮特性参数，粒度、硬度、组织、浓度及磨具几何参数

4.3.2优化磨削用量，砂轮速度、磨削深度、进给量、工件速度、磨削方式

4.3 .3优选磨削液和浇注方法，优化供给参数（如流量、压力），磨削液应采用具有良好清洗性能和良好的润滑、冷却性能的磨削液，磨削液供应要充分，保证良好的清洗和冷却作用。

4.4磨削方法的选择

外圆磨削的方法很多，有纵向磨削法、切入磨削法、分段磨削法、深度磨削法。切入法适合磨削长度短的外圆表面，分段磨削及深度磨削法适合磨削余量大刚性好的零件。纵向磨削法适合刚性低的薄壁零件，其特点是：磨削力小，散热条件好，可或得较高的加工精度和较小的表面粗糙度值。

4.5磨削注意事项

4.5.1中心孔需要研磨，磨削前清理中心孔，并满足零件精度要求。

4.5.2要精确调准头架和尾座的中心。

4.5.3内径磨削时三爪卡盘轻度夹持零件，保证零件不脱落，同时满足保证磨削余量的要求。

4.5.4保证冷却液充分冷却，减少磨削热对精度的影响。

4.5.5磨削出现锥度的情况下，及时调整机床角度或越程的大小。

4.5.6磨削内径时，适当加大纵向进给速度，缩短磨削时间。

5.小结：

尼龙薄壁衬套磨削的成功，解决了封包夹具尼龙代替陶瓷绝缘的技术难题，为后续持续开展装配、喷丸保护、性能试验等非机加类工装的轻量化设计奠定了技术基础，同时也填补尼龙磨削技术上的空白。

参考文献

《磨料、磨具加工技术与应用》 化学工业出版社

《机械切削加工技术》 湖南科学技术出版社