活塞杆加工工艺方法研究

邢磊 梁佳文

（沈阳远大压缩机股份有限公司，辽宁沈阳 110027）

活塞杆加工工艺方法研究

邢磊 梁佳文

（沈阳远大压缩机股份有限公司，辽宁沈阳 110027）

俗话说车工怕杆，意思是说车工加工细长杆类零件时很不容易达到技术要求，一个是尺寸公差很难保证，另一个是杆类零件加工后是弯曲的。往复式压缩机的活塞杆就是这种典型的细长杆类零件，尤其是采用液压连接的活塞杆，长径比较大，加工难度较大，出现弯曲杆的可能性随之增高。如果将一根弯曲的活塞杆安装在压缩机上，那么活塞杆在往复运动中是跳动的，填料函中的密封环就会随着活塞杆的跳动而跳动，从而导致气体无法密封而大量外泄。同时，活塞杆的跳动也将引起整台机组的振动，从而使设备无法安全运行。因此，尺寸公差及形位公差完全合格的活塞杆是往复式压缩机正常运转的首要条件之一。

活塞杆 加工方法 压缩机 公差

1 引言

怎样才能生产出合格的活塞杆呢？下面就活塞杆产生弯曲的原因进行分析，总结出对活塞杆加工有影响的几点要素。

2 切削力的分析

2.1 总切削力F

在切削过程中，为了克服金属材料的变形抗力以及摩擦阻力，刀具必须受到一个作用力F，称之为总切削力。由于总切削力的方向及大小会随着切削条件的变化而变化，故应将总切削力分解成以下几个既定方向的分切削力。

2.2 主切削力Fc

主切削力Fc是总切削力沿主运动方向的分力。在切削加工中，所消耗功最多，所以它是计算机床功率、刀杆、刀片强度以及夹具设计、选择切削用量的主要依据。

2.3 给力Ff

进给力Ff是总切削力沿进给运动方向的分力。车外圆时，它作用在进给机构上，是设计计算进给机构强度的依据。

2.4 背向力Fp

背向力Fp是总切削力沿工作平面垂直方向的分力。车外圆时，背向力使工件弯曲变形或振动，对加工表面质量影响极大，所以在加工杆类零件时应尽可能设法减少背向力Fp。

3 影响切削力的因素

3.1 工件材料

工件材料的硬度或强度越高，切削力越大。工件材料的塑型或韧性越好，变形抗力和摩擦阻力大，切削力也越大。

3.2 切削量

切削量取决于切削速度和进给量以及背吃刀量，切削速度是通过影响切削变形程度来影响切削力的，切削变形大，则切削力增大。

进给量和背吃刀量增大，分别使切削宽度和切削厚度增大，切削层面积也增大所以变形抗力和摩擦阻力也增大，则切削力也就随之增大。但是两者影响程度不同，当背吃刀量增大一倍时，主切削力也增大一倍，但当进给量增大一倍时，主切削力只增大75%～90%。

3.3 刀具的因素

前角增大，切削变形减少，切削力也减少，并且前角对进给力及背向力的影响比对主切削力的影响大。

主偏角与副偏角主要影响三个切削分力的大小和比例关系。在刀具图弧半径为零时，增大主偏角可减少主切削力，同时可使背向力减少，进给力增大。同理，增大副偏角也可使背向力减少，有利减小工艺系统的弹性变形和振动。

4 选择合适的刀具角是加工活塞杆的关键

通过上面的分析，我们知道选择合适的刀具角度对活塞杆加工至关重要，减少背向力是加工细长杆类的关键，下图说明一下车刀的角度及作用。

图1 车刀的主要角度

4.1 主偏角Kr

主偏角Kr是主切削平面与假定工作排平面间的夹角，其作用是改变切削力和刀头的受力情况和散热条件。当主偏角Kr等于90°左右时，背向力趋近零，也就是说明我们在加工杆类零件时将车刀的主偏角取90°左右，对减少零件的弯曲度是有利的。

4.2 副偏角K'r

副偏角K'r是副切削平面与假定平面间的夹角。其作用是减少副切削刃与工件已加工表面间的摩擦，但是副偏角也不要取的太大，因为副偏角过大会降低刀具的强度。

4.3 刀尖角εγ

刀尖角εγ是主、副切削平面间的夹角。刀尖角的大小可以用下式计算εγ=180°-（Kr+ K'r），刀尖角的大小影响刀尖处的强度和散热面积。

4.4 刃倾角λs

刃倾角λs是主切削刃与基面间的夹角。以基面为基准，当主切削刃在选定点以后的部分位于基面之上时，规定刃倾角小于0°，当主切削刃位于基面上时，刃倾角等于0°。

4.5 前角r0

前角与基面间的夹角为前角r0，以基面为基准，当前面在基面之上时，规定前角小于0°，当前面在基面之下时，规定前角大于0°，当前面和基面重合时，前角等于0°。

增大前角能使刃口锋利，减少切削变形，减少切削力，并使切削容易排出。但使前角增大会降低刀头强度。

4.6 后角α0

后角α0是后面与切削平面间的夹角，后角能减少后面与工件之间的摩擦。后角愈大，切削刃愈锋利，但影响刀头强度。（如图1）

5 保证活塞杆中心孔的同轴度

保证活塞杆两端中心孔的同轴度是活塞杆加工的关键所在。因为活塞杆的加工工序较多，而中心孔是各道工序周转中的定位尺寸。如果活塞杆两端的中心孔不在同一轴线上，那么在各道工序周转时由于装夹用力的差异，活塞杆各外圆面就会造成微小的变动，活塞杆的加工质量会降低。

6 中心架的调整

为防止活塞杆加工时产生弯曲，都设置中心架，以克服背向力造成活塞杆弯曲。需要注意中心架的夹固力的调整，使三个支承爪受力均匀，支承力大小要合适，过大会使摩擦力增大，过小时将起不到夹固的作用。支承爪与工件接触处需要经常加油润滑，以防止拉毛工件及摩擦发热。同时也应注意尾座顶尖的顶固力。粗加工时可适当增大顶固力，以防工件脱落，精加工时顶固力要适当减小，以防顶弯活塞杆

［1］顾崇.《机械制造工艺学》.陕西科学技术出版社，1994年6月.

［2］张帆.《机械精度设计与检测》.陕西科学技术出版社，2006年5月.

［3］李益民.《机械制造工艺设计简明手册》.机械工业出版社，1999年10月.

［4］艾兴.《切削用量简明手册》.机械工业出版社，2000年3月.

［5］徐鸿本.《机床夹具设计手册》.辽宁科学技术出版社，2003年10月.

［6］杨黎明.《机床夹具设计手册》.国防工业出版社.