回转体深窄环形槽的数控电火花线切割加工

庞建林，黄天华

(中山市盈科轴承制造有限公司，广东 中山 528437)

外球面球轴承因制造精度高，密封性能好，具有自动调心性能，使用、安装和维修方便等特点，在包装、纺织、农机、输送和工程机械等领域得到广泛应用。一般对防潮、防水和防尘有较高要求的工况条件，常会使用密封性能更佳的三唇密封结构外球面球轴承，而三唇密封防尘盖的橡胶硫化成形模芯是橡胶硫化模的关键零件，其材质为GCr15轴承钢(真空淬火)，硬度为50～55 HRC，结构特点为回转体上分布有3道相距大约1 mm,槽宽大约0.4 mm,槽深大约4 mm的深窄环形槽，使用传统金属切削工艺加工存在极大的难度。

1 传统加工方法

外球面球轴承用三唇密封防尘盖的制造需要设计防尘盖橡胶硫化成形模芯，硫化模上3条深窄环形槽的加工制造精度直接影响防尘盖的密封效果。因3条深窄环形槽无法直接借助一般金属切削加工技术整体加工得到，传统方法多采用分片(分段)车削制作初坯，经真空淬火后硬精车+磨削，再叠片组合形成外径上带有3条深窄环形槽的橡胶硫化模芯(图1)。

图1 分段加工叠片组合硫化模示意图

传统橡胶硫化模芯加工方法不但工序繁杂，且零件加工和组配困难，由于尺寸与形状不完全一致，造成组件累积误差大，模芯精度低，用组装好的橡胶硫化模芯生产出的三唇密封防尘盖质量不能达到理想效果，生产效率低。

2 数控电火花线切割加工

2.1 加工原理

线切割加工是利用电能通过金属电极丝与工件间的火花放电而沿被加工面做平面X，Y轴线性切削的加工技术，广泛应用于加工各种冲压模、微细异形孔、窄缝、曲面零件等，尤其适合于小批量、单件复杂形状零件平面线性加工，但无法直接使用普通数控电火花线切割机对回转体进行深窄环形槽的加工。

针对橡胶硫化模芯结构特点和现有数控电火花线切割技术存在的不足，通过在数控电火花线切割机Y向工作台上安装变频调速电动机作为旋转驱动装置，在旋转驱动装置输出端设置可换定心夹持胎具，并使变频调速电动机的输出轴轴线与电极丝的走丝方向垂直(图2)，将金属电极丝的平面线性切割加工与工件绕自身轴线旋转有机地结合，在电极丝执行平面内U形线性进给的全过程中(图3)，工件始终绕自身轴线旋转，转速与电极丝进给量相匹配。运用正反转切换控制使工件的旋转方向与电极丝的走丝方向相反，随电极丝走丝方向变换而切换旋转方向(图4)，从而实现回转体结构外表面带有深窄环形槽的整体加工。

1—控制台；2—钼丝架；3—紧固螺栓；4—垫圈；5—钼丝；6—工件；7—定心夹持胎具；8—紧定螺锭；9—变频调速电动机；10—X向工作台；11—Y向工作台；12—机床导轨图2 深窄环形槽数控电火花切割工作示意图

图3 数控电火花线切割U形进给示意图

图4 电极丝与工件运动方向切换示意图

钼丝对旋转工件作U形槽底轴向(X向)走刀，在工件平移和旋转过程中钼丝逐渐腐蚀切割出深窄环形槽，如图5所示。工件在慢速旋转下作平面U形走刀，旋转工件不会与钼丝发生干涉，得到的深窄环形槽整体切割实物如图6所示。

图5 槽底轴向走刀腐蚀切割环形槽原理图

图6 回转体深窄环形槽整体加工实物图

2.2 加工程序

在编制深窄环形槽加工程序时，Y向走刀速度可按线切割常规走刀速度设置，U形槽底轴向(X向)走刀速度应能保证与线切割效能相匹配(一般X向走刀速度约为Y向走刀速度的1/3)。

以使用直径0.12 mm的钼丝，在回转体上切割深度为3.5 mm，宽度为0.4 mm的深窄环形槽为例，可键盘直接输入3B程序实现U形进给。

N1：BBB3500GYL4

N2：BBB280GXL1

N3：BBB3800GYL2

N4：D

3 结束语

生产实践表明，采用线切割整体加工出的橡胶硫化模芯，其尺寸、形状精度和表面粗糙度均达到设计要求。实际生产中还可通过更换固定在变频调速电动机输出端的可换定心夹持胎具，实现不同型号、规格橡胶硫化模芯的整体加工。对比传统工艺，缩短了橡胶硫化模具的加工周期，更好地保证了模具的制造精度，延长了模具的使用寿命，并提高了三唇密封防尘盖的产品质量。同时，还可将此加工方法应用到其他具有回转体结构的深窄环形槽或其他形状复杂的零件加工中，具有较好的推广价值。