直线位移传感器铁芯零件加工工艺

ainet.cn 2025年01月24日

01

序言

铁芯是液压作动器产品上的直线位移传感器的主要组成部分。从材料特性、结构特征上均具有较为特殊的工艺性。若铁芯零件加工质量波动、周转防护不当等，则会直接造成零件磁性能减弱。

本文根据铁芯零件的材料特性、结构特点，从刀具、切削参数、装夹定位方法及周转防护等关键点入手，制定其典型工艺方案，同时，对一些新技术在铁芯零件加工过程中的应用加以论述。

02

材料特性

铁芯零件的材料为1J50铁镍软磁合金，其铁、镍元素的含量较高，化学成分见表1。软磁合金是在弱磁场中具有高的磁导率及低的矫顽力的一类合金，广泛应用于无线电、精密仪器仪表、遥控及自动控制系统中，主要用于能量转换和信息处理两大方面。

表1　1J50软磁合金的化学成分（质量分数）（%）

1J50材料易磁化、易退磁，磁滞损耗小，适用于交变磁场中，用来制造电磁铁、变压器、电动机和高频电磁元器件的铁芯等。1J50软磁材料在加工成零件后，必须经过退火热处理，消除加工应力，才能获得较好的磁性能。目前采用的是真空退火热处理工艺，零件随炉加热至1100℃，保温一段时间后随炉温冷却^[1，2]。国标要求1J50的磁性能指标：最大磁导率μ_m≥31.3mH/m，饱和磁感应强度B_s≥1.5T，矫顽力H_C≤14.4A/m。

03

结构特点

铁芯零件如图1所示，其结构简单，尺寸较小，外径≤8mm，内孔直径≤5mm，其中大部分零件外径≤5mm，内孔直径≤3mm，长径比＞20，深径比＞25，具有细长轴类和深孔类零件的双重特点，加工时尺寸不好保证，产品合格率低。

图1　铁芯零件

04

工艺特点

（1）细长轴外圆加工特点　细长轴零件在车削过程中，通常采用一夹一顶的装夹方式。零件的长径比越大，加工困难程度越大，精度越难于保障。加工中最易产生腰鼓形与竹节形变形。因细长轴弱刚性的特性，故对加工工艺参数要求较高。一些轻微振动以及切削速度、切削力、夹紧方式和夹紧力大小的细微差别，都可能会造成细长轴的微变形，从而降低其加工精度^[3]。

（2）深小孔加工特点　铁芯零件深小孔的加工难度较大，在加工过程中难以观察到刀具的切削过程，对加工的判断只能通过切削声音、观察切屑状态和机床的参数设置间接得到。加工中产生的切屑不能及时排出，堵塞在钻头和内孔中，造成孔内壁出现划痕和断刀等现象。

（3）磁性材料加工特点　磁性能是影响铁芯功能实现的重要因素。由于在铁芯的加工和周转过程中，铁芯之间的接触、叠放和磕碰等防护不当时，会导致磁性能减弱，出现外观缺陷等问题，所以工艺上应当重点注意铁芯零件的防护，并用专用零件盒周转。由于1J50材料铁、镍元素含量较高，质地软，在加工过程中切屑易粘附在切削刃上，在刀尖形成积屑瘤，降低刀具寿命，同时影响零件的加工精度和表面质量，因此，在刀具排屑、断屑槽型选择及涂层选择上需要避免粘刀现象。

05

工艺方案设计

针对铁芯零件的工艺特点，根据铁芯结构特征，按照长径比对其进行分类统计，各类别数量占比见表2。

表2　铁芯零件分类数量占比

5.1 典型零件一

长径比L/D≤5、深径比L/d≤5的典型零件一如图2所示，属于简单的轴类零件，通常在CK20E小型精密数控车床上加工，采用自定心卡盘装夹，车削外圆主轴转速为2000r/min，切削深度为0.3mm，进给量为0.15mm/r；钻孔主轴转速为2500r/min，切削深度为0.3mm，进给量为0.03mm/r。数控车床一次装夹，保证外圆、内孔尺寸及几何公差。具体工艺流程：数控车床车削外圆→数控车床钻孔→检验→ 真空退火。加工后的零件尺寸精度较高，表面质量较好。零件加工和转运过程中，应用铁芯专用零件盒进行防护，避免零件之间的接触碰撞，如图3所示。

图2　典型零件一

图3　铁芯专用零件盒

5.2 典型零件二

5＜L/D≤10、5＜L/d≤20的典型零件二如图4所示。若利用CK20E小型精密数控车床加工，则一次装夹时，零件悬伸长、振动大，钻孔时钻头磨损快，孔易偏斜，孔尺寸超差超大0.01～0.04mm。使用三坐标测量仪测量同轴度，超差0.05～0.07mm。

图4　典型零件二

当5＜L/D≤10时，需增加切断工序，先对毛坯外圆车削见光，按长度（35±0.1）mm的尺寸先进行切断。采用数控车床钻孔，利用两顶尖装夹方法，在CG6125C高精度车床上保证外圆尺寸以及孔与外圆的同轴度。采用此种装夹方法能够最大限度地确保细长轴加工后两端的同轴度，且装夹较为方便，能够保证细长轴的定位精度。零件表面粗糙度和直线度采用磨削保证。

具体工艺流程为：数控车床车削见光外表面切断→数控车床钻孔保证孔的尺寸→数控车床两顶尖装夹车削保证外圆精度→无心磨床磨削保证表面粗糙度和直线度→数控车床车削平端面→检验→真空退火。零件加工和转运过程中应用专用零件盒进行防护，避免零件之间的接触碰撞。

5.3 典型零件三

10＜L/D≤20、20＜L/d≤40的典型零件三如图5所示。若继续沿用上述工艺流程，受零件自身孔径小、孔径深的限制，数控车床加工小孔时，选用d2.0mm×A_p81.0mm（直径2.0mm、刃长81.0mm）钻头，钻头直径小，悬伸长，刚性弱，在切削中难以观察到刀具的切削过程，对加工的判断只能通过切削声音、观察切削状态间接得到，加工中产生的切屑不能及时排出，堵塞在钻头和内孔中，造成断刀现象，刀片寿命为1个钻头只能加工2～3个零件。由于孔出入口尺寸不一致、毛刺大，因此用两顶尖装夹车削加工外圆尺寸

，同轴度超差0.05～0.10mm，加工后零件质量、加工效率及刀片寿命等都不理想。

图5　典型零件三

06

超声波钻孔技术

铁芯零件的深径比L/d≥20时，在数控车床上加工，内孔的尺寸精度差，刀具寿命短，排屑困难，加工效率低。通过引入超声波振动钻孔技术可解决这些问题。超声波振动钻削是一种复合加工工艺，在钻孔过程中，利用外部加装的超声波发生器产生高频振动源，使刀具相对于工件产生一种可控的振动，通过控制振动的振幅和频率来实现钻削用量的改变，改善切削能力。在钻削加工中，可以降低钻削切削力、切削温度，减小刀具磨损，改变切屑形状，改善钻孔精度和表面质量。经过试验迭代和优化，解决了刀具磨损快、易折断，孔径偏斜严重，以及进出口尺寸不一致等问题。

采用超声波振动钻孔技术，将原数控车床钻孔工序改为数控车床加工引导孔。改进后的工艺流程为：数控车床车削见光外表面切断→数控车床车削平端面→数控车床加工引导孔→钻削中心保证通孔尺寸→无心磨床磨削保证表面粗糙度和直线度→数控车床两顶尖装夹车削保证外圆精度和同轴度→检验→真空退火。

通过试验验证，超声波钻孔加工较数控车床钻孔加工效率提高7倍，刀具使用寿命得到改善；振动钻削孔的表面光滑，在钻削过程中，断屑排屑能力好，孔内壁无切屑瘤堆积、无划痕，改善了孔内壁质量；解决了深孔加工中孔的直线度不好、孔偏斜的问题。在加工1J50软磁材料、质地黏易附着刀具的材料或者类似钛合金等难加工材料时，通过调整超声振动频率，从切屑的形状、刀具的使用时间，可以判断出钻削状况明显得到改善。

07

结束语

铁芯零件的加工，不仅是基于图样尺寸的加工，工艺过程中的一些细节对产品的磁性能也会有一定的影响，如零件在周转时不能与带磁性的零件接触，不能掉落，若发生掉落应主动隔离，进行磁性能检测。

本文通过对铁芯零件的结构特点进行分类，总结出各类典型零件的工艺流程，以及在零件加工过程中细节的控制，特别是超声波振动钻孔新技术的引入，解决了大长径比小直径深孔的加工难题，使得铁芯零件更小、更精密，对于LVDT（直线位移传感器）系列产品的批量、稳定生产具有一定的实际指导意义。

参考文献：
[1] 张燕阳，王德义，詹晓梅，等. 不同热处理方法对1J50合金软磁性能影响研究[J]. 材料开发与应用，2012，27（2）：24-27．
[2] 程惠明，刘永谋，马婉君. 真空退火对1J50软磁合金组织和性能的影响[J]. 金属热处理，2023，48（7）：214-216.
[3] 喻红中. 探析细长杆件车削加工方法[J]. 时代农机，2019，46（7）：25-27.

（来源金属加工）

标签：铁芯传感器

我要反馈