柱塞套精磨密封端面加工方法的改进

常建国

泗洪智工精密机械有限公司 江苏省宿迁市泗洪县 223900

摘要 介绍在MG1312高精度外圆磨床上，采用砂轮正面进给，用弹性芯棒定位，进行精磨柱塞套密封端面的加工原理和方法。同时还对同行业的加工方法与该方法进行比较，检测结果证明,使用精磨密封端面的方法,不仅能够保证产品精度同时能够起到环保,增效作用。

关键词:外圆磨床 砂轮正面 精磨密封端面 加工方法

引言 柱塞套与柱塞芯配付后组成柱塞偶件(见图1),在柴油机喷油系统中,占有十分重要地位,是喷油系统中最精密的偶件。

图1柱塞套与柱塞芯结构简图

在泵体中，柱塞套密封端面与出油阀座面直接接触（如图2所示），要承受一定高压油的压力，其密封性要绝对保证，否则柱塞提升的油压达不到一定的压力，整个泵体将无法供给喷油器高压燃油。柱塞套平面的加工精度要求为（如图1）：平面度0.0009mm,与中孔的垂直度为0.025mm，粗糙度为0.2μm。这样才不会对偶件产品的性能造成影响。如何保证柱塞套密封面的质量，其加工方法是至关重要的。

1 柱塞套密封端面加工方法

1.1同行业加工方法基本情况：

图2柱塞偶件在泵体中位置图

柱塞套密封端面的加工方法，国内同行业大多采用磨平面后再进行机、手研的方法，这种工艺无法保证产品的精度要求，再者工人劳动强度大，生产周期长等缺点。

1.2采用机研和手研的加工方法

机 手研密封端面加工路线：粗磨密封端面 机研 手研。该方法虽然能够保证产品密封性能，但也存在以下缺陷：

(1) 研磨膏沉积,清洗困难,容易造成清洁度超标,影响分级精确度和插配合格率；

(2) 工作环境和劳动强度不利于人员操作；

(3) 产品表面粗糙度差；

(4) 前道工序质量状况的影响因素较大，往往手研工序不能消除前道磨密封端面或机研工序的质量缺陷。

1.3 采用高精度磨床的加工方法

借鉴外圆磨床加工精度高的特点，把原有的头尾架旋转90°原理，达到预定位置，使产品端面与砂轮正面接触，砂轮与产品成90°夹角同时旋转加工。（见图3）这样加工出来的产品粗糙度和跳动都能满足质量要

图3 产品加工原理图

1.3.1机床与砂轮的选择、运用

柱塞套密封端面的工艺设计要求:平面度0.0009mm,平面与中孔的垂直度0.025mm,表面粗糙度0.2μm,没有塌边,无黑丝纹,无阴阳面,用光学平晶检查在平面上干涉带不得多于三条。从这些精度要求考虑，加工基准要以中孔为基准，要合理的选用砂轮及机床。

根据这些要求和公司的实际情况,机床选用济南第四机床厂生产的MG1312高精度外圆磨床,原有的磨床头,尾架不用,换成自己设计的工装和传动装置。

砂轮选择:由于产品工艺为精细磨削,砂轮磨料选择硌刚玉,代号PA,粒度选择320#,根据以上数据砂轮型号选择为1—300×20×127—PA320P5V—50米/秒。

机床、砂轮的调整、修整方法:

(1)机床空运转.开动机床后使工作台全速运行15～20min,将液压系统中的空气排除,使工作台导轨和台面低速运行稳定。

(2)检查定位芯棒两头中心孔的同轴度误差应小于0.005mm,没有形状误差缺陷。

(3)保证硬质合金顶尖60°锥面圆度不超过0.005mm，中心孔与顶尖配合时保持清洁无污,涂上黄油，减少硬摩擦。

(4)修整砂轮时，选用天然金刚笔，修整时要使冷却液能够充分浇注在金刚笔与砂轮接触点，防止金刚石发热膨胀，影响砂轮微刃等高性。工作台横向速度10～15mm/min,纵向进给量0.002～0.003mm，修整后用毛刷清理砂轮表面并开大切削液冲去沙粒。砂轮在一次修整后，要进行二次精平衡，以保证砂轮的旋转精度。

（5）对刀磨削时，对刀很重要,如果第一次进给量太大，不仅会破坏砂轮的微刃,还影响加工精度.为此采用在工件表面涂红油对刀。

(6)控制工件的加工余量，精磨时的加工余量为0.002～0.004mm。

(7)切削液的选择，我们加工时选用M—2透明磨削液,采取压力喷射法,磨削时切削液能有效的注入磨削区域降低磨削温度,防止工件烧伤,减小工件表面粗糙度,并且砂轮的耐用度可提高1.5倍,使用期超过一个月。此外，我们采用涡旋分离器过滤磨削液中的磨料和颗粒状废物,保证切削液纯净度。

在传动比选择方面,由于机床砂轮线速度为50米/秒,转速高,如果工件转速太慢,密封端面表面粗糙度差,使用的圆带容易产生打滑或转不动现象；工件转速太快,不安全，最终确定工件旋转速度700m/min，速度适中，能够保证产品加工精度。

1.3.2工装原理图（如图4）:

图4 工装原理图

1电机 2电机皮带 3皮带 4螺帽 5箱体 6手柄 7工装皮带轮 8螺杆 9头架顶尖 10弹力芯棒 11定位套筒 12产品 13尾架顶尖 14磨床台面

1.3.3 工装使用原理

经过机床、砂轮及冷却液的合理选用后，良好的工装保证也是必不可少的，我们在工装设计上是利用磨床砂轮头、尾架原理，设计底板9与磨床头架底座相似,拧紧螺钉10带动钩紧块12使工装底板与磨床台面锁紧；电动机底板与工装底板结构相同，在底板上面设计箱体,箱体与底板之间用螺钉25联接；箱体里面安装拨爪8和头架顶尖29,弹簧5,拨爪8与手柄19用轴键联接,推动手柄19,带动拨爪8使头架顶尖伸缩运动,这样可以上下工件.调整弹簧5,可以加强或减弱头架顶尖的伸缩量。工装皮带轮24与轴承27联接,安装在箱体外面,带轮上装有螺杆26带动弹力芯棒螺栓28旋转,弹力芯棒上装有一套筒,套筒端面与工件肩胛面定位,限制工件Z向自由度,弹力芯棒穿在工件中孔里面,两头顶尖定位后,弹力芯棒张开与中孔紧密配合,限制工件4个自由度.弹力芯棒在螺栓28和螺杆26带动下使工件旋转。

在整个系统的使用过程中,为了防止工件密封端面跳动大,机床要定期检修，夹具两端顶尖要定期进行修研；弹力芯棒根据需要要及时更换。

1.3.4 对原工艺路线进行改进

新 改进的精磨密封端面加工路线: 粗磨密封端面 精磨密封端面。这种方法有以下几点好处：

(1) 密封端面表面粗糙度好,平面跳动小,可以提升产品外观和质量档次；

(2) 因取消机手研,没有研磨膏,清洗方便，改善环境减轻工人劳动强调；

但这种方法也存在一个问题,就是中孔抛光后,穿芯棒精磨密封端面时,芯棒能否对中孔造成破坏。对这个问题我们的解决办法是：

(1) 要求芯棒表面粗糙度在0.2μm以下；

(2) 针对中孔大小,选择大小不同的芯棒,确保芯棒与中孔配合可靠。

2 机手研产品与精磨后的产品端面跳动检测数据:

密封端面跳动对比表(单位:μm)

机手研产品	0.5	2.5	0.9	1	2.6	1	1.8	0.4	1.4	1
精磨产品	0.3	0.6	0.3	0.9	0.4	0.6	0.5	0.4	1.2	0.8

3 机、手研产品与精磨密封端面产品在校泵台上进行校泵试验

通过试验对比，通过精磨密封端面的柱塞偶件产品的合格率，比用机手、研加工的柱塞偶件产品的合格率高出10％～15％。

4总结与展望

经过精磨密封端面加工方法的改进，大大提高了产品加工的精度及生产效率；并通过大量的试验，证明这种加工方法的可靠性，稳定性。通过近一年的使用，产品质量稳定，夹具使用可靠，证明该加工方法具有推广运用的价值。

5 参考文献

1, 罗宗泽 罗圣国主编.机械设计课程设计手册.高等教育出版社 1992年

2,黄乃霜主编. 机械设计基础曲中谦 .江苏科学技术出版社 1991年

3.邓东密.柴油机喷油系统.机械工业出版社.1995

4.朱剑明主编.《现代车用动力》。无锡轻工业大学印刷厂 2007

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