滚挤压加工工艺特点为：
（1）加工表面粗糙度值低，可达0.08～0.32μm，加工精度可达IT5～IT6级公差。
（2）表面硬度和疲劳强度均提高5%～50%，表面硬化层深度达0.2～2mm。
（3）加工效率提高3～10倍。
（4）用滚挤压加工代替磨削加工可以杜绝磨削加工带来的工件加工后的烧伤、退火、变形等不良后果。
（5）应用范围较广，可以替代部分工件表面强化处理如镀铬、淬火、渗碳等。
（6）可以用滚挤压加工部分代替磨削加工、研磨和珩磨，可以减少因增加磨削设备而带来的企业生产成本的增加和投入，提高生产资金使用效率。
我们结合公司现有设备和生产实际情况，对精度较高的孔的加工采用滚、挤压方法进行精加工，加工方法有三种。
1.钢珠挤压法
加工如图1所示的长套管类零件上的φ8mm孔，长径比L/D=20，属于中等深孔加工。原工艺路线是在车床上用粗钻→精钻→铰削的方法进行，经常出现孔径超差、孔表面粗糙度不好的情况，针对上述情况我公司采用钢珠挤压法进行加工。
滚挤压方法在孔精加工中的应用
（1）钢珠进入孔时引起塑性变形的径向位移量 在内孔的挤压加工时，零件的最终孔径是根据生产要求给出的，工艺参数主要是求出挤压前道工序加工的孔径尺寸和挤压钢珠的尺寸。因此必须先计算出挤压过程中的过盈量和这时孔的弹性变形量。过盈量和进入孔时的塑性变形的径向位移量有关。
滚挤压方法在孔精加工中的应用
滚挤压方法在孔精加工中的应用
加工方法如下：先在工件上钻、铰φ7.99mm孔，然后在冲床上用钢珠进行“冲压”，钢珠选用直径比孔径公称直径略大一些，为此计算结果选用φ8.07mm钢珠。在“冲压”时应注意工件和钢珠的清洁，不可带有杂质和切屑，并使用30号机械油润滑，以防止工件钢珠“咬坏”。
在小孔精加工时，因为工件孔径不同，我们选取直径不同的钢珠，如果尺寸特殊则可用研磨的方法进行修整，图2所示研磨工具在碳化硅（粒度46＃）砂轮和铸铁盘的平面上都车出相应的环形半圆槽，它的横截面圆弧等于钢珠圆弧，铁皮盘内盛满60＃碳化硅砂粉（金刚砂）、40号机械油和3号工业润滑脂均匀混合物，钢珠放在砂轮半圆槽里，上面盖铸铁盘，研磨时由钻夹头夹住铸铁盘柄部，慢速旋转，并稍加压力，每隔一定时间测量一下钢珠的直径，直至尺寸符合要求为止。这种研磨方法操作简便，磨的钢珠光，而且尺寸精度容易控制。
滚挤压方法在孔精加工中的应用
2.硬质合金工具挤压法
硬质合金工具挤压法对于加工直径较大（相对钢珠冲压而言）的深孔使用效果更突出，零件（见图3）的长径比L/D=10。例如我们公司采用硬质合金挤压块的方法精加工孔径φ30mm，深300mm的钢类零件孔。先钻出φ28.5mm的孔，然后用镗孔分两次车孔。精车后留有0.05～0.1mm的挤压余量，然后再采用如图4所示的硬质合金挤压工具挤压的方法进行孔的精加工，挤压可以在装有液压泵的车床上进行，挤压的次数和挤压工具的尺寸数据与钢珠冲压计算的方法大致相同。
滚挤压方法在孔精加工中的应用
滚挤压方法在孔精加工中的应用
3.自制的挤压工具完成孔的滚挤精加工
（1）简易内孔滚压工具 如图5所示，顶丝的头部淬硬并经抛光顶住钢珠2，刀杆孔上镶上两个铜套，孔口比钢珠4直径略小，以防钢珠脱落在滚压零件孔内。图5中钢珠4共2件，沿简易滚压器中心线对称分布。钢珠位置是由两边滚压力自动平衡的，因此可以微量补偿刀杆与工件中心不同轴的误差。旋转顶丝可调节两钢珠4间的距离，从而调节滚压量。
滚挤压方法在孔精加工中的应用
该内孔滚压工具的特点是结构简单。中小尺寸内孔精加工后，一般都可以用这种工具滚压一次，使加工表面粗糙度值降低为0.4～0.8μm，而且滚压后尺寸及工件的变形很小。
滚压用量：压入量0.03～0.05mm。f=0.09～0.15mm/r，v=40～50m/min，20号机油冷却润滑。
(2)自制的脉冲滚压器的原理和应用 脉冲滚压器的结构如图6所示，心轴A与导向套B与锥柄同轴。工作时，滚压器锥柄装在机床主轴孔内高速旋转。被加工的工件孔径，由导向套向推入滚针部位进行滚压，滚压时扭矩很小，工件只要手工夹持即可进行操作。
滚挤压方法在孔精加工中的应用
图6中有8个滚针，它们的外径尺寸一致（相差在0.005mm之内），经淬硬（HRC62～64）通过保持器均匀地分布在心轴的外圆周上。心轴工作部分的圆周上，有8个等分的平面柱体（如C-C截面图中所示），滚针沿被加工零件表面滚动，形成滚压时对心轴的相对运动。其运动情况如图7所示，心轴按n方向旋转，滚针反方向旋转同时按S方向运动。当滚针处在心轴的低平面时，两滚针外径尺寸比工件尺寸小。当滚针处在凸出的圆柱部分时，两滚针外径尺寸比工件尺寸大。这样就对工件孔壁施加短促、变动、脉冲的径向压力。图中i为半径方向压入过盈量，当滚压器转速为800r/min时，每一滚针每分钟对孔壁滚压的次数为800×8=6 400次，滚针的脉冲频率为106次/s。所以脉冲滚压过程就是滚针在被加工表面进行多次振荡式的滚压和敲击。由于径向力不大而且扩展的深度不大（由过盈量大小控制），所以能熨平表面微不平度及在微不平度内修正孔形。
脉冲滚压器的特点及其适用范围为：①脉冲滚压的过盈量不大，一般在0.02～0.03mm，所以适用于孔的光整加工。预加工孔在具备Ra1.6μm的IT5～IT6精度的孔，经过脉冲滚压后，粗糙度值可提高为0.08～0.32μm。②滚压时，工件只受到表面脉冲式的径向压力，轴向抗力比较小。工作时工件或滚压器可以浮动，滚压后不会由滚压力使工件变形。所以特别适合于孔壁刚性低、壁厚不均匀或材料较软的孔精整加工，如铝合金销孔等。③脉冲滚压器结构简单，滚针可以外购，价格便宜容易推广，而且操作方便，生产率高，是精整加工的一种新工艺。
滚挤压方法在孔精加工中的应用
（3）自制滚压大孔径的滚压器 图8所示为自制滚压大孔径的滚压器工具，该工具装在刀杆上可以滚压φ80～300的孔。在车床上就可以完成对大直径内孔的滚压精整加工。
滚挤压方法在孔精加工中的应用
滚压量的确定：滚压大孔时滚珠和滚柱在孔壁表面上作无滑动的滚动，使孔壁表面层金属产生弹-塑性变形，修正表面微观几何形状公差，降低表面粗糙度值。零件孔滚压加工前后，在大孔工件表面存在3个变形区域，变形量分别为：滚压前工件终加工表面的微观几何形状误差在滚压时的变形为Δh=0.5Rz=2Ra；滚压时工件表面材料的塑性变形为ΔR；滚压后工件表面材料的弹性变形恢复量为Δδ。滚压时各参数如图9所示。
滚挤压方法在孔精加工中的应用
滚压前的孔加工尺寸可按下式确定
滚挤压方法在孔精加工中的应用
式中，Dz为内孔的图样要求尺寸；δj为挤压应力；E为弹性模量；HB为材料布氏硬度；R1为滚柱或滚珠半径；R2为工件内孔半径；Ra为工件孔预加工表面粗糙度；ΔR为工件径向塑性变形量。
以上计算出了滚挤压孔时所需要的关键参数即滚压深度，为工艺工序尺寸的确定及滚压工具的设计提供了依据，但是工件材料参数及尺寸在不同部位和不同工件上存在差异性，所以具体尺寸还需要通过工艺试验进行验证。不同孔径工件的滚压深度不同，但并非成比例地增大，对于中等直径（φ80～300mm）的零件而言，一般为0.05～0.15mm。由于滚压过程中孔壁产生塑性变形，滚压后工件的实际孔径要比滚压头直径小，因此完成滚压后，不能直接拉出滚压头，否则会在滚珠或滚柱的相应位置拉伤工件孔壁。
滚压用量：f=0.09～0.15mm/r，v=40～50m/min，20号机油冷却润滑。
滚压次数：一般滚压的次数为1次，为了防止多次滚压后金属发生疲劳，滚压次数不超过2 次。
4.结语
使用滚挤压加工工艺，对于Ra1.6μm的IT5～IT6精度的孔，经滚压后粗糙度值Ra可以达到0.08～0.32μm。并且对于L/D=20左右的中等深孔进行精加工完全可以达到要求。对于缺乏内孔磨削设备的企业，为其进行精整加工提供了新的加工手段，可以部分替代内孔磨削加工，孔的加工质量和效率都有保证。该工艺方法是一种值得推广的新技术、新工艺。
（本文刊登在《金属加工（冷加工）》201４年第０６期，作者：刘仁春等 作者单位：中航工业空空导弹研究院凯迈机电公司）
发表于 2015-4-28 09:56:39
