拨叉零件加工工艺的改进

（ 难 以 采 用 数 控 机 床 加 工 ） 、 精 度 要 求 高 、 加 工 难 度 大 等 特 点 ， 我 们 采 用 了 以 磨 削 为 主 的 加 工 工 艺 。 如 车 丝 刀 杆 刀 体 制 造 的 工 艺 流 程 为 ： 铣 削 外 形 ! 热 处 理 调 质 ! 磨 削 、 铣 削 各 部 尺 寸 ! 镗 孔 、 攻 丝 ! 渗 碳 ! 淬 火 ! 磨 削 各 部 位 ! 成 品 检 验 。 为 保 证 加 工 精 度 ， 在 各 道 工 序 均 进 行 严 格 的 质 量 检 查 ， 成 品 检 验 时 ， 规 定 对 所 有 成 品 均 必 须 用 标 准 样 刀 （ 刀 片 、 刀 座 ） 进 行 安 装 检 测 。 一 年 多 的 生 产 实 践 证 明 ， 国 产 车 丝 机 刀 具 的 加 工 质 量 完 全 可 以 满 足 生 产 要 求 。 ! 结 语 天 津 钢 管 公 司 在 对 最 初 从 ! " # 公 司 引 进 的 $ % & ’ 、 ( ’ 、 ) $ * ’ 三 种 规 格 石 油 套 管 外 螺 纹 加 工 刀 具 实 现 国 产 化 开 发 的 基 础 上 ， 为 满 足 市 场 对 石 油 套 管 规 格 品 种 不 断 增 加 的 需 求 ， 又 设 计 和 制 造 出 了 用 于 加 工 + % & ’ 、 * $ * ’ 、 % , - + ’ 三 种 规 格 套 管 的 车 丝 机 刀 具 ， 并 在 首 次 上 机 试 用 时 一 次 试 切 成 功 ， 填 补 了 我 国 不 能 生 产 这 些 规 格 石 油 套 管 的 空 白 。 + ( % 车 丝 机 刀 具 国 产 化 研 制 的 成 功 ， 为 公 司 节 约 了 大 量 外 汇 （ 进 口 刀 具 价 格 为 % & , , 美 元 ／ 套 ， 国 产 刀 具 仅 为 $ , , , 元 人 民 币 ／ 套 ） ， 而 且 缩 短 了 刀 具 供 货 周 期 （ 进 口 刀 具 供 货 周 期 为 . ! * 个 月 ， 国 产 刀 具 为 - 个 月 ） ， 保 证 了 生 产 的 顺 利 进 行 。 目 前 ， 国 产 + ( % 车 丝 机 刀 具 还 存 在 加 工 工 艺 较 复 杂 、 产 品 质 量 控 制 难 度 较 大 、 有 一 定 废 品 率 等 不 足 之 处 ， 有 待 于 在 生 产 实 践 中 不 断 改 进 和 提 高 。 编 辑 ： 张 宪 收 稿 日 期 ： & , , , 年 ) 月 拨 叉 零 件 加 工 工 艺 的 改 进 北 京 机 械 工 业 学 院 （ % , , , * $ ） 梁 福 平 刁 素 坤 摘 要 ： 分 析 了 拨 叉 零 件 原 加 工 工 艺 存 在 的 问 题 ， 提 出 了 工 艺 改 进 措 施 ， 提 高 了 拨 叉 类 零 件 加 工 精 度 ， 改 善 了 整 机 装 配 性 能 。 关 键 词 ： 拨 叉 ， 加 工 工 艺 ， 改 进 " # $ % & ’ ( # ( ) * & + , - . / 0 ) 0 ) 1 2 % & . ( 3 3 + & % 4 & % 5 ( 6 2 7 ( . * % 8 # 2 - % * 3 / 0 1 2 3 4 5 6 0 2 3 ! " # $ 9 : 3 * % - . * ： 7 8 9 : 2 ; < ; 3 = 6 > ; ? < 8 @ A 8 B 0 A C 8 D 0 2 C : 8 6 > 0 @ 1 > = @ 1 9 : 0 2 0 2 3 6 > ; 9 8 A A ; E E ; > F 8 D 6 < 8 9 C > 5 @ 6 1 > C A 1 > 8 1 2 1 < = G 8 D H 7 : 8 0 @ 6 > ; I 8 D 6 > ; 9 8 A A 0 2 3 @ 8 1 A 5 > 8 A 1 > 8 6 > 8 A 8 2 C 8 D H J ; C : 1 C C : 8 @ 1 9 : 0 2 0 2 3 1 9 9 5 > 1 9 = ; E E ; > F 8 D 6 < 8 9 C > 5 @ 6 1 > C A 0 A 0 2 9 > 8 1 A 8 D ， 1 2 D C : 8 1 A A 8 @ ? < = 6 8 > E ; > @ 1 2 9 8 0 A 0 @ 6 > ; I 8 D H ; ( < = & % 6 3 ： E ; > F 8 D 6 < 8 9 C > 5 @ ， @ 1 9 : 0 2 0 2 3 6 > ; 9 8 A A ， 0 @ 6 > ; I 8 @ 8 2 C > 引 言 在 车 床 、 铣 床 、 镗 床 、 钻 床 等 各 类 机 床 及 其 它 设 备 中 ， 传 动 装 置 的 变 速 通 常 是 利 用 拨 叉 机 构 拨 动 传 动 齿 轮 改 变 传 动 比 来 实 现 的 。 拨 叉 零 件 的 加 工 精 度 将 直 接 影 响 传 动 机 构 的 装 配 性 能 、 变 速 性 能 、 运 行 噪 声 等 。 由 于 拨 叉 类 零 件 品 种 、 规 格 繁 多 ， 需 要 多 种 加 工 设 备 ， 加 之 传 统 加 工 工 艺 较 落 后 ， 产 品 合 格 率 不 高 ， 常 常 影 响 整 机 装 配 ， 使 拨 叉 零 件 加 工 成 为 生 产 “ 瓶 颈 ” 。 因 此 ， 有 必 要 研 究 、 改 进 拨 叉 类 零 件 的 加 工 工 艺 、 提 高 拨 叉 类 零 件 的 加 工 精 度 。 ? 拨 叉 类 零 件 加 工 工 艺 及 问 题 分 析 ? H > 拨 叉 类 零 件 的 结 构 特 点 和 技 术 要 求 机 床 、 设 备 的 型 号 及 规 格 不 同 ， 拨 叉 机 构 的 形 状 及 尺 寸 也 有 所 不 同 。 图 % 为 某 种 坐 标 镗 床 的 拨 叉 零 件 图 。 图 > 拨 叉 零 件 图 % - & , , , 年 第 - + 卷 K % & 拨 叉 零 件 一 般 采 用 铸 铁 材 料 制 成 。 拨 叉 工 作 时 ， 以 轴 孔 （ 如 图 ! 中 的 ! " # $ % 孔 ） 为 基 准 ， 在 光 轴 上 左 右 滑 动 拨 动 传 动 齿 轮 。 拨 叉 平 面 是 与 轴 孔 垂 直 的 叉 平 面 （ 如 图 ! 中 的 ! # & ! ! 平 面 ） ， 叉 平 面 因 需 要 插 入 传 动 齿 轮 的 空 槽 中 ， 所 以 厚 度 较 小 ， 但 又 要 求 其 经 加 工 后 变 形 小 ， 且 应 能 满 足 对 轴 孔 的 垂 直 度 要 求 。 拨 叉 零 件 技 术 要 求 为 ： ! ! " # $ % 孔 对 ! 面 的 垂 直 度 要 求 为 # ’ ! ( ( ； " ! # & ! ! 两 侧 面 的 光 洁 度 为 ! ! ’ ) 。 ! ’ ! 原 加 工 工 艺 及 问 题 分 析 拨 叉 零 件 原 加 工 工 艺 流 程 为 ： 以 两 连 铸 件 方 式 铸 造 零 件 毛 坯 （ 如 图 " 所 示 ） " 划 线 、 铣 削 两 端 的 * # 平 面 （ 每 面 留 余 量 # ’ " # # ’ + ( ( ） " 平 磨 两 * # 平 面 （ ! 面 留 余 量 # ’ " # # ’ + ( ( ） " 车 削 连 铸 件 的 ! , - 孔 至 ! , - $ % ， 并 车 削 " . ) 圆 弧 面 " 划 线 、 钻 ! " # $ % 孔 " 绞 ! " # $ % 孔 " 划 线 、 平 铣 ： 按 线 将 两 连 铸 件 切 成 单 件 " 淬 火 " 平 磨 ! 面 至 尺 寸 要 求 。 图 ! 两 连 铸 件 图 原 加 工 工 艺 主 要 存 在 以 下 问 题 ： （ ! ） 车 削 工 序 ： ! 拨 叉 的 ! 面 被 压 在 花 盘 垫 块 上 ， 按 所 划 ! , - 孔 的 中 心 线 找 正 时 ， 需 不 断 移 动 拨 叉 连 件 以 调 整 中 心 ， 既 费 时 又 费 力 。 " 卡 压 时 零 件 只 用 压 板 压 在 ! + , 的 脐 子 面 上 ， 车 削 " . ) 圆 弧 面 时 ， 车 刀 刃 部 在 轴 向 力 作 用 下 使 叉 平 面 （ ! # & ! ! 平 面 ） 产 生 弯 曲 弹 性 变 形 ， 导 致 切 削 量 减 少 ； 刀 尖 离 开 切 削 面 后 ， 已 弯 曲 表 面 恢 复 至 原 位 置 ， 造 成 切 削 面 凸 起 ， 平 行 度 超 差 。 $ 车 削 " . ) 圆 弧 面 时 ， 走 刀 方 向 由 中 心 向 外 ， 径 向 力 大 于 轴 向 力 ， 加 上 零 件 为 板 形 结 构 ， 使 刀 刃 部 分 为 断 续 切 削 ， 刃 部 所 受 冲 击 力 较 大 ， 因 此 难 以 提 高 吃 刀 量 和 走 刀 速 度 ， 影 响 加 工 效 率 。 （ " ） 平 铣 工 序 ： 将 两 连 铸 件 切 成 单 件 时 ， 由 于 轴 向 力 和 径 向 力 的 作 用 ， 使 ! # & ! ! 平 面 的 两 面 产 生 扭 曲 变 形 。 （ + ） 热 处 理 工 序 ： 因 淬 火 残 余 应 力 的 影 响 ， 使 ! # & ! ! 平 面 和 " . ) 圆 弧 面 产 生 变 形 ， 影 响 装 配 。 （ * ） 平 磨 工 序 ： 砂 轮 磨 削 零 件 ! 面 时 ， 由 于 工 件 单 面 受 热 ， 上 下 两 面 之 间 形 成 温 差 （ " # ） ， 将 导 致 叉 平 面 弯 曲 变 形 （ 如 图 + 所 示 ） 。 但 因 叉 平 面 壁 厚 较 薄 ， 切 削 时 又 加 注 了 大 量 冷 却 液 ， 因 此 该 弯 曲 变 形 量 较 小 。 图 " 平 磨 引 起 的 叉 平 面 弯 曲 变 形 ! ’ " 磨 削 夹 具 夹 紧 力 对 加 工 精 度 的 影 响 磨 削 时 ， 采 用 平 口 钳 夹 紧 工 件 叉 部 。 设 钳 口 的 传 动 梯 形 螺 纹 外 径 $ / ! , ( ( ， 螺 距 # / ) ( ( ， 梯 形 螺 纹 中 径 $ " / $ 0 # ’ . # / ! . ( ( ， 螺 纹 升 角 ! 则 由 下 式 确 定 ： 1 2 3 ! / % # % $ " / ! 4 ) + 5 ! * 4 ! . / # 5 ! " % 式 中 ， % 为 梯 形 螺 纹 头 数 。 根 据 上 式 可 求 出 螺 纹 升 角 ! / % 6 ! ) 7 。 夹 具 的 夹 紧 力 为 & / " ’ $ " 1 2 3 （ ! 8 . 6 . . 7 ） 8 # ’ # ) ) $ / " 4 ! . ! . 4 1 2 3 ! + 6 ! ! 7 8 # 5 # # ) 4 ! , / ) 5 + , 9 : / ) + ’ , ; 式 中 ， ’ 为 作 用 扭 矩 ， 根 据 实 际 测 定 数 据 确 定 ’ / ! . 9 : · ( ( 。 工 件 在 夹 紧 力 作 用 下 将 发 生 变 形 ， 影 响 加 工 精 度 。 工 件 因 横 向 受 力 而 产 生 弹 性 收 缩 ， 将 在 ! 面 产 生 中 凸 变 形 ， 砂 轮 磨 削 时 就 会 出 现 中 部 切 削 量 较 大 的 现 象 ； 工 件 磨 削 完 后 松 开 夹 具 ， 弹 性 变 形 恢 复 ， 使 原 已 磨 平 的 ! 面 出 现 中 凹 ， 即 工 件 ! 面 ! 、 " 处 高 ， $ 处 低 （ 参 见 图 ! ） 。 实 际 加 工 中 经 百 分 表 检 测 ， 叉 平 面 前 端 ! 、 " 处 比 中 部 $ 处 高 出 # ’ ! + # # ’ ! % ( ( ， 证 明 了 以 上 分 析 的 正 确 性 。 如 图 * 所 示 ， 如 果 夹 紧 力 & 较 小 ， 在 砂 轮 ( ! 力 作 用 下 ， 夹 紧 部 位 （ 叉 部 ） 将 下 沉 ， 磨 削 时 下 沉 部 位 磨 削 量 较 小 ， 工 件 根 部 磨 削 量 则 较 大 。 松 开 夹 具 后 弹 性 变 形 恢 复 ， 使 原 已 磨 平 的 表 面 出 现 叉 平 面 部 位 中 凸 ， 拨 叉 的 筋 部 下 凹 。 实 际 加 工 中 经 百 分 表 检 测 ， ! 面 叉 平 面 前 端 ! 、 " 处 比 拨 叉 筋 部 & 处 高 出 # ’ ! " # # ’ ! . ( ( （ 参 见 图 ! ） 。 " + 工 具 技 术 图 ! 叉 部 受 力 下 沉 " 拨 叉 零 件 加 工 工 艺 的 改 进 针 对 加 工 工 艺 存 在 的 上 述 问 题 ， 对 拨 叉 零 件 的 加 工 工 艺 作 如 下 改 进 。 （ ! ） 改 进 工 艺 流 程 将 工 艺 流 程 改 为 ： 铸 造 ! 划 线 、 立 铣 ! 平 磨 ! 划 线 、 车 ! 平 铣 ! 热 处 理 ! 平 磨 ! 划 线 、 钳 。 （ " ） 改 进 原 设 计 图 纸 在 分 析 拨 叉 使 用 功 能 的 基 础 上 ， 对 原 有 设 计 图 纸 作 出 适 当 修 改 。 改 进 后 的 拨 叉 零 件 图 见 图 # 。 图 # 改 进 后 的 拨 叉 零 件 图 为 避 免 ! # $ 圆 弧 面 的 加 工 困 难 及 减 少 工 装 ， 将 ! # $ 圆 弧 面 改 为 平 面 后 ， 可 简 化 加 工 过 程 ， 且 采 用 以 铣 代 车 工 艺 可 提 高 生 产 效 率 。 （ % ） 改 进 工 装 夹 具 采 用 原 装 夹 方 法 时 ， 工 件 在 夹 紧 力 作 用 下 会 产 生 弹 性 变 形 ， 难 以 保 证 " 面 的 平 直 度 和 对 轴 孔 的 垂 直 度 ， 影 响 拨 叉 使 用 性 能 。 为 此 ， 需 对 工 装 夹 具 进 行 改 进 ， 制 作 可 调 式 专 用 磨 具 ， 以 解 决 平 磨 " 面 时 的 变 形 问 题 。 专 用 磨 具 以 ! & ’ 圆 弧 和 ! % & 脐 子 面 为 夹 紧 面 ， 且 磨 具 可 调 ， 改 变 了 夹 紧 受 力 点 ， 选 用 工 件 抗 弯 矩 较 大 处 受 力 ， 减 少 了 工 件 变 形 量 ， 而 叉 部 平 面 为 自 由 端 ， 无 夹 紧 变 形 。 此 外 ， 夹 紧 元 件 改 为 ( $ ) ! 六 角 螺 栓 ， 其 中 径 为 # " * # + , - $ . ’ # $ * $ + , - $ . ’ # ) ! * # - % # , # / / 螺 纹 升 角 ! 由 下 式 确 定 ： 0 1 2 ! * % $ ! # " * ! ) ! % 3 ! . ) # 3 % # , # * , 3 , # ’ # " 计 算 出 螺 纹 升 角 ! * % 4 " . 5 。 螺 纹 为 三 角 形 螺 纹 ， 因 此 夹 紧 力 为 & * " ’ # " 0 1 2 （ ! 6 $ 4 % # 5 ） * " ) , 3 # # 3 % # , # ) 0 1 2 （ % 4 " . 5 6 $ 4 % # 5 ） " ! 3 , $ 7 8 * ! , - $ 9 式 中 ， ’ * , - # 7 8 · / / 是 根 据 实 际 测 定 数 据 确 定 的 。 可 见 ， 夹 紧 力 仅 为 改 进 前 的 ! ／ $ ， 因 此 ， 工 件 变 形 量 也 相 应 减 小 。 同 时 还 设 计 了 可 调 式 钻 具 ， 以 满 足 不 同 种 类 拨 叉 （ 中 心 距 、 轴 孔 不 同 ） 的 加 工 要 求 。 ! 效 果 加 工 实 践 证 明 ， 上 述 工 艺 改 进 行 之 有 效 ， 拨 叉 零 件 的 加 工 合 格 率 显 著 提 高 ， 可 达 ’ & : ， 保 证 了 整 机 装 配 及 使 用 性 能 ， 可 获 得 较 高 经 济 效 益 。 参 考 文 献 ! 梁 治 明 ， 丘 侃 ， 陆 耀 洪 - 材 料 力 学 - 北 京 ： 高 等 教 育 出 版 社 ， ! ’ $ % " 《 金 属 机 械 加 工 工 艺 人 员 手 册 》 修 订 组 - 金 属 机 械 加 工 工 艺 人 员 手 册 - 上 海 科 学 技 术 出 版 社 ， ! ’ & ! % 《 机 械 设 计 手 册 》 联 合 编 写 组 - 机 械 设 计 手 册 - 化 学 工 业 出 版 社 ， ! ’ & " 编 辑 ： 张 宪 % % " , , , 年 第 % . 卷 ; ! 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