航空發動機柱塞泵球麵（miàn），離高精密加工隻差一步！
#美麗（lì）新妝：高（gāo）精密加工的終極（jí）奧秘揭秘！噓！
今（jīn）天我要分享（xiǎng）一個（gè）絕對不能錯過的秘密！你知道（dào）嗎？離高精密（mì）加工隻差一步！想象一下，當你（nǐ）的創（chuàng）意和設計即將（jiāng）變成完美的現實，是不是令（lìng）人心潮澎湃（pài）？那（nà）麽，快跟我一起揭開這個神秘（mì）的（de）麵紗吧！高精密加工，可以說是現代工藝中的瑰寶，它將你的（de）創意提升到了（le）一個全新的境界。每一步都需要（yào）精準的掌握和細致的操作（zuò），它就像（xiàng）一門藝術，需（xū）要你用心去感（gǎn）受和（hé）體驗。而現在，我（wǒ）要（yào）告（gào）訴你的（de）是，離（lí）這個夢想隻差一（yī）步！想象一下，當你的設（shè）計從紙上躍然紙（zhǐ）上，精準到仿佛是魔法般的存在，是不是令人心動不已？而這一切，離你隻有一步之遙！別再猶豫了（le），抓住機會，讓你的創意從此不再受限！有了高精密加工的加持，你的作品將煥發（fā）出（chū）無限的魅力和精致感（gǎn）。無論是珠寶設計、模型製作還是工藝品創（chuàng）作，它們都能在你的指尖上煥發出絕美的光芒。這是一種改變的時刻，一種超越常規的體驗！你（nǐ）準備（bèi）好（hǎo）迎（yíng）接挑戰了（le）嗎？所（suǒ）以，不要停留在過去，不要局限於現有的可能性。這一（yī）步，是你追（zhuī）求卓越的關鍵。抓住機會，一起（qǐ）踏上（shàng）高精密加工的征程吧！讓我們（men）一同見證創意（yì）的力量，讓每一個設計都成為獨一無二的傑作！
01
序言
球麵配合作為飛機零部件一種典型的摩擦副，涉及零件（jiàn）較多，常見於（yú）柱塞（sāi）滑靴、球擋支座、球擋保持架等零件中，傳統工藝路線中，無論是外球麵還是內球麵，多以手工研磨作為最終（zhōng）的精加工（gōng）工序（xù），而手工研磨存在效率低且質量不穩定等缺點，成為（wéi）精加工過程的瓶頸。同時，零件球麵配合的精密級別會影響流量和壓力（lì）等性能指標，甚至兩者之間的磨損會降低整（zhěng）泵的效率和壽命，因此球麵加工方法至關重（chóng）要。球麵加（jiā）工工藝流程為“粗加工→熱處理→（半精加工）→精加工”，本文主要針對航空發動機柱（zhù）塞泵的一（yī）些典型球麵（miàn）結構和幾種常用的精加工方法進行（háng）分析。從球麵加工的幾種方法入手，分別（bié）對車削、銑削、磨削和研磨工藝（yì）進行分析比較和客觀評（píng）價。
02
車（chē）削（xuē）
利用數控車床進行球麵加工的時候，通常采用軌跡法，即通過數控宏程序或點位編程確定加工軌跡（jì），從而實現球麵加工（gōng），通常要求機床具有較高的精（jīng）度。
數控車床加工球麵一般用於銅製零件，應用最為廣泛的是球（qiú）擋類零件，材料QSn7-0.2，此類零件（見圖1）球徑公差一般在0.015mm以內，表麵粗糙度值Ra＝0.4μm，由（yóu）於後續球麵作表麵熱處理，因此隻對塗前加工作出要求。
圖1 零件
刀具選擇：金剛石刀片刀（dāo）尖強度高，耐（nài）磨性及抗崩損性好，切削效果優異，可實現穩（wěn）定、長壽命加工，適用於鋁合（hé）金、黃銅等（děng）有色金屬、塑料的高速加工以及硬質合金的車削加工。刀尖采（cǎi）用35°菱（líng）形刀片，刀尖圓角R（0.1～0.2）mm。
精車時（shí）轉速一般控（kòng）製在2000r/min，進給量0.015mm/r，通常半精車為（wéi）精車工序留有加工餘（yú）量0.05～0.10mm，零件（jiàn）表麵粗糙度值Ra一般可控製在0.4μm以內。
此類（lèi）零件加工後零件表麵（miàn）粗糙度雖然符合要求，但車工紋路明顯，後續可以（yǐ）通過（guò）光整工序，將零件表麵粗糙度值（zhí）Ra降低至0.1μm。
03
銑削
使用銑刀銑削球麵，銑刀與零件同時旋轉，同時銑刀的旋轉中（zhōng）心與零件的（de）旋轉中心相交於一（yī）點，銑刀在零件表麵（miàn）形成的軌跡（jì）就是球麵的（de）一部分，一般使用端（duān）麵銑（xǐ）刀和球頭銑刀，或通過使（shǐ）用無坐標加工中心等多軸聯動設備實（shí）現銑削球麵，但是該方法對刀具和機床精度要（yào）求比較高（gāo），一般生產車間（jiān）應用比較少。
04
磨削
球麵磨削方法[1]的應用（yòng）比較（jiào）廣泛，主要有軌跡法、展成（chéng）法、成型法三種。
4.1軌（guǐ）跡法磨削
軌跡法磨削（見圖（tú）2）本質上是磨（mó）具與工件成線接觸，接觸線沿球麵輪廓移動完成整個球麵的磨削。
圖2 軌跡法磨削
1）磨具（jù）：扁平型砂（shā）輪或將砂輪修（xiū）成尖形或半圓形。
2）安裝：零件裝夾在（zài）心軸上，使用對頂磨削（xuē）方式，其連線與零件心軸同軸且與砂輪（lún）軸平行。
3）運動：砂輪起動後高速旋轉，零件與心軸低速轉動，同時圍繞另一（yī）垂（chuí）直的球心（xīn）線來回往複（fù）轉動。隨著砂輪的進給，展成磨削出球麵（miàn）[2]。
4）特點：①適（shì）應較大直徑或較寬的（de）球麵磨削。②磨削抗力小。③球麵輪廓精度決定於數控機床的定位精度、運動精度和砂輪的形狀精度及係統（tǒng）的輪廓跟（gēn）隨精度。④同一規格的砂輪可以磨（mó）削任何規格尺寸（cùn）的球體，磨料用量少，投資小（xiǎo），經濟性好。但砂輪與零件為線接觸，磨削效率低，不適合球體（tǐ）的批量化和（hé）規模化生（shēng）產。
4.2展成法磨削
展成法磨削（見圖3）球麵又稱為範成法，此方法要（yào）求機（jī）床（chuáng）至少具備1個直線（xiàn）進給X軸和1個帶動工件（jiàn）轉動的C軸。
圖3 展成法磨削
1）磨具：杯形砂輪或碗狀砂盤（以下統稱（chēng）為砂（shā）輪）。
2）安裝（zhuāng）：砂輪旋轉軸（zhóu）心線和工件旋轉軸心線成α角，交點為被加工球體的球心。
3）運動（dòng）：砂輪繞磨頭主軸軸心線高速轉動，工（gōng）件繞軸心線單方向低速轉動，隨著磨頭的工進磨削出整個球麵。
4）特點：磨削（xuē）效率高，精度高、表麵粗糙度好是這種（zhǒng）磨削（xuē）方式的顯著優點。球（qiú）麵的規格若有變化，砂輪尺寸就需要變化。這種方式適合大批量生產球形零（líng）件的場合，經濟性較差。展成法磨削（xuē）時，砂輪直徑大小（xiǎo）與工件球（qiú）麵大小尺（chǐ）寸有（yǒu）關，如圖4所示，L≤D砂≤（D2－d2）1/2，其中D為球麵直徑（mm），d為心軸直徑（mm），L為圓球厚度（mm），D砂為杯形砂輪（lún）直徑（mm）。
圖4 磨削示意
整個磨削過程，砂（shā）輪軸線中心必須通過工件球（qiú）心。並且，最終進給位置（zhì）尺寸H與杯形砂輪內直徑D砂（shā）及工（gōng）件球形直徑D的幾何尺寸關係為H＝（D2－D砂2）1/2/2，通（tōng）過調節（jiē）H值，即可實現磨削不同直徑的球麵工件。同理，根據首件加工（gōng）後的球徑值可推導出（chū）進給量∆H值，即∆H＝[（D12－D砂2）1/2－（D2－D砂2）1/2]/2。
如果加工的（de）零（líng）件是1/2球麵（miàn）或（huò）大於1/2球（qiú）麵，就必須把零件與砂輪調整成一（yī）定的角度，如圖5所示。
a）第一種情（qíng）況
b）第二種情況
圖5 磨削情（qíng）況分析
杯形砂輪直徑D砂＝[D（D/2＋K）]1/2，工件（jiàn）球徑大於半圓時K為（wéi）正值，小於半圓時K為負值。杯形砂輪最大（dà）內徑D砂＝{D[D＋（D2－d2）1/2]/2}1/2。砂輪軸線與球麵（miàn）工件軸線（xiàn）對應夾角α＝arcsin（D砂/D），α的選擇範圍為（wéi）arcsin（1/2＋K/D）1/2≤α≤arcsin{[D＋（D2－d2）1/2]/（2D）}1/2。
從上文可（kě）以看出，砂輪在磨削球麵時，砂輪直徑（jìng）取值是（shì）在一定的範圍內，砂輪線速度能夠正常磨（mó）削零件，並且不（bú）能與機（jī）床零部件產生幹涉，最大限度選擇砂輪內徑D砂，切削液可以（yǐ）從零件側麵進入砂輪內孔，可（kě）以最大程度上起到冷卻效果（guǒ）。為延長砂輪磨削壽命，一般情況需（xū）要將杯形砂（shā）輪內孔修成斜麵。
砂輪的內孔用金剛石修整。磨削外球麵時，砂輪孔徑可選計算值稍小一些（xiē），以便精確修整到要求（qiú）的尺寸。砂輪宜選用較軟的砂輪（K級、L級），vs取15～20m/s，vW取1～5m/min，粗磨時ap＝0.02～0.04mm，精磨時ap＝0.002～0.005mm。展成法（fǎ）磨削（xuē）柱塞球麵加工參數見表1。
加工時，應保證（zhèng）砂輪軸線與工件軸線等高，以保證加工球麵的（de）圓度，加工（gōng）後的紋路呈交叉網紋。當零件表麵呈凹凸（tū）狀花紋時（shí），表明砂輪（lún）中心高於或（huò）低於工件中心（xīn）。
表1 展成（chéng）法（fǎ）磨削柱塞（sāi）球麵加工參數
內圓磨削和外圓磨削的方法類似，計算方式也相同。
4.3成型磨削
成型磨削[3]就是將砂輪修成圓弧形（xíng）狀，砂輪修整成凹球形（xíng），零件為凸球形，且砂輪球形與零件球形（xíng）直徑相等（děng），如圖6所示。
1）磨具：成型砂輪。
2）運動：在磨削過程中，工件按C向轉動，砂輪高速回轉，並且（qiě）沿X軸（zhóu）進給，不能在Z軸上移動。
3）特點：①砂輪的寬度必須大於零件的厚度。②砂輪磨削寬度越大，零件磨削阻力就越大。③零件（jiàn）輪廓度的精度，取決於砂輪的形狀精度和機床（chuáng）進給的位置精度。④通常情況（kuàng）下，一種零件（jiàn）對應一種（zhǒng）成型（xíng）砂輪，均為專用。⑤磨削過程中，砂輪和零件均不（bú）能在Z方向上移動，加工完成（chéng）後，零件（jiàn）的表麵粗糙度值比較（jiào）大。
圖6 成型磨削（xuē）示意
成型磨削，零件的球麵直徑不能過（guò）大，比較適（shì）合小球麵的磨削[4]，機床X軸（zhóu）的進給精度要求高，該方法磨削效率高，適合大批生產。由於成型磨削一般要求將工件型麵一（yī）步加工完成，所以（yǐ）砂輪（lún）一般采用CBN材質的砂輪，材質較硬，砂輪磨（mó）損小，磨削後的表麵質量較高，對於高硬鋼，其表麵粗糙（cāo）度值（zhí）Ra通（tōng）常可以保證在0.1μm以內。成型（xíng）磨削柱塞（sāi）球麵加工參數見表2。
05
研磨
研磨主要（yào）是針對高精球麵（miàn）加工采用的一種方法，通常球麵要求有較優的輪廓度及尺寸公差。一般研磨方法可分為手工研（yán）磨和機械研磨。手工研磨球麵的勞動量大，且效（xiào）率低，加工精度不穩定。零件輪廓度由研磨（mó）球和零件（jiàn）的相互運動（dòng）決定，如果（guǒ）有較高的精度要求，就需要頻繁調整。當（dāng）研磨球表麵積大於零件被加工表麵積時，零件的（de）輪廓度取決於研磨球本身，而研磨球比零件硬度低，消耗量比較大，一般每件零件需要使用1個或多個研磨球，成本較高。
機械研磨加工原理與磨削類似，不同的是研磨時所用器具由砂輪改成了鑄鐵研（yán）具或裝（zhuāng）有軟磨條的磨條頭。具（jù）有（yǒu）以（yǐ）下特點：①因為研磨球一（yī）般使用鑄鐵（tiě）材料，且手工研磨，磨削力較小，所以加工過程產（chǎn）生（shēng）的（de）變形較小，可以達到較高的（de）精度。②研磨方法加工的零（líng）件表麵耐蝕性和耐磨性能好。③可以根據研具的形狀加工不同形狀的零件。④操作簡單，不需要複雜的機床。⑤可（kě）以（yǐ）加工各（gè）種材料的零件，也可以有較高的精度要求。
06
結束語
航空（kōng）發動機柱塞（sāi）泵零（líng）件的球麵結構很多，如保持（chí）架外球麵、保持（chí）架（jià）內球麵、球擋鋼球麵、球擋銅球麵、滑靴內（nèi）球麵、柱塞外球麵和支座內球麵。本文通過對此類典型零件進行車削、銑削、磨削及研磨等工藝試驗，摸（mō）索出合適的球麵加工方法（fǎ），並發揮磨削加工的優勢，使用機（jī）械研磨（mó）替（tì）代（dài）手工研磨，提高球麵加工效率，縮短（duǎn）加工周期，保證最終產品的質（zhì）量穩（wěn）定性。
參（cān）考文獻：
[1]李文學.陶瓷剛玉（yù）磨料的製（zhì）備工藝（yì）及其性能研（yán）究[D].天津：天津大（dà）學，2009.
[2]楊曉傑.球麵磨削（xuē）工（gōng）藝探討[J].紡織器材（cái），2020，47（3）：13-14.
[3]周旭光，閻秋生，孔令葉.軸對稱非球麵磨削加工中砂輪均勻磨損研（yán）究[J].金剛石與磨料（liào）磨（mó）具工程，2017，37（2）：36-40.
[4]張宇.球麵磨削技術的研究與探討（tǎo）[J].機床與液壓，2015，43（22）：28-30，60.
本文發表（biǎo）於《金屬加（jiā）工（冷加工）》2023年第10期42~44頁（yè），作（zuò）者：中（zhōng）國航發北京航科發（fā）動機（jī）控製係統科技有限公司王濤，孫思貴，原標題：《航空發動機柱塞泵球麵的精密加工方法》。
#高精密加工#創意設計#細致感#挑戰自我#創意改變生活編輯：糖心影视精密加（jiā）工http://www.artisan-tek.cn/
原文來源：
