薄壁零件加工工藝方法研究

陳曉薇

（陜西秦川機(jī)床工具集團(tuán)有限公司，陜西寶雞721009）

1 問題的提出

眾所周知，導(dǎo)致薄壁件難加工的主要因素是變形與振動(dòng)：變形包括因工件剛性差產(chǎn)生的變形、加工中因裝夾力或切削力產(chǎn)生力矩引起的變形、熱處理引起的變形等；而加工中產(chǎn)生的振動(dòng)又極易引起零件的變形。兩者互相影響，共同作用，使薄壁件的加工顯得很困難。

我公司某新產(chǎn)品機(jī)頭采用了雙層分流結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)中的關(guān)鍵零件——隔套，就是一個(gè)大型復(fù)雜曲面薄壁零件，其形狀結(jié)構(gòu)特殊，熱處理變形及加工變形都很大，而且圖紙精度要求高。如果采用常規(guī)加工方法，則尺寸及形位公差都難以保證。

零件簡(jiǎn)圖如圖1所示。

圖1 隔套零件簡(jiǎn)圖

2 零件特點(diǎn)分析

零件左端壁厚10mm，右端為內(nèi)、外角度錐體，內(nèi)、外錐體高點(diǎn)處厚度約58mm，錐體最右端為倒圓R1的尖角，總長(zhǎng)近850mm，兩端壁厚落差較大，錐體結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工振動(dòng)和變形，以及熱處理變形都會(huì)很大。

零件要求硬度≥500HV，芯部硬度250～280HB，滲氮層深0.4mm。

3 理論分析及解決方案

針對(duì)該零件薄壁及有復(fù)雜曲面的特征，采用毛坯種類為鍛件，并在粗車后進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理。采用毛坯鍛件，能使金屬內(nèi)部纖維組織按軸向排列，分布致密均勻，從而可獲得較高的抗彎、抗拉、抗扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度。35CrMo是合金結(jié)構(gòu)鋼，綜合機(jī)械性能良好，粗車后進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理，可以避免因鍛坯表面脫碳、銹蝕、氧化皮等影響零件的淬透性和淬硬性，起到調(diào)整機(jī)械性能、去除內(nèi)應(yīng)力、穩(wěn)定組織的作用。經(jīng)淬火后高溫回火具有良好的綜合力學(xué)性能，具有較高的強(qiáng)度、較好的韌性和塑性。

針對(duì)零件各部分不同形狀，采用分步驟加工方法：粗車外圓及內(nèi)孔→除應(yīng)力→半精車外圓及內(nèi)孔→時(shí)效處理→精車外圓及內(nèi)孔留放磨量→粗外磨及內(nèi)磨→低溫時(shí)效→外磨及內(nèi)磨→自然時(shí)效→精外磨及內(nèi)磨→精車加工零件內(nèi)外錐體部分。采用粗、精加工間隔進(jìn)行，最后進(jìn)行精加工，這樣經(jīng)過多次加工后，逐漸減少零件的變形誤差。同時(shí)對(duì)車削、內(nèi)圓磨削、外圓磨削都提出了分多次進(jìn)刀、每次進(jìn)刀少余量切削的要求，使加工后零件的精度達(dá)到穩(wěn)定的狀態(tài)。因?yàn)榱慵Y(jié)構(gòu)比較特殊，左端為薄壁套，右端為四段內(nèi)、外錐體，右端面處幾乎為尖角，所以加工時(shí)裝夾困難、易發(fā)生變形。針對(duì)這一情況，工藝采用了右端內(nèi)、外錐體先作成直的內(nèi)、外圓以利于裝夾，最后再加工成形。左端薄壁套處裝夾時(shí)，利用工裝夾具克服夾緊力造成的變形。車削過程中，車床使用精密剛性數(shù)控機(jī)床CK6163，振動(dòng)小。粗車時(shí)，零件右端內(nèi)外錐體部分均車為直外圓及直孔，方便后道工序裝夾。半精車時(shí)，車出外錐體α角部分留精車量，另一部分仍保持直外圓。β、θ角內(nèi)錐體部分留精車量。該過程中，因零件壁薄、自身重量大，三爪直接夾持會(huì)產(chǎn)生較大裝夾變形。工藝采用內(nèi)孔用墊套墊實(shí)、外圓裝開槽彈性夾套后，再用三爪夾持的方法，使零件不被夾扁。半精車時(shí)，頭架轉(zhuǎn)速在70～90r/min之間，每次進(jìn)刀量0.2～0.3mm；精車時(shí)，頭架轉(zhuǎn)速在50～60r/min之間，每次進(jìn)刀量0.1～0.15mm。在加工中，要求多次進(jìn)刀，并適當(dāng)調(diào)整夾緊力的方法輔助。在最終的精加工前適當(dāng)放松夾具后再夾緊零件，使加工應(yīng)力充分釋放。

零件裝夾示意圖如圖2所示。

圖2

外磨工序中，設(shè)備為M1450B萬能外圓磨床。采用外磨心軸裝夾工件，以半精車過的內(nèi)孔作為定位基準(zhǔn)，半精車過的θ角內(nèi)錐體部分頂緊后，兩頂尖頂起外磨心軸，磨削φ355外圓。內(nèi)磨工序中，因零件外圓尺寸已超出磨床中心架裝夾范圍，故采用組合夾具V型支撐已磨過的外圓，帶動(dòng)板帶動(dòng)零件旋轉(zhuǎn)后磨削內(nèi)孔，保證尺寸及形位公差。磨削過程分粗、精磨，精磨時(shí)要求多次進(jìn)刀，頭架轉(zhuǎn)速20～40r/min，砂輪轉(zhuǎn)速30～40m/s，精磨每次進(jìn)刀量0.01mm。

最后由CK6163數(shù)控車床分粗、精車右端內(nèi)、外錐體至圖紙要求。裝夾時(shí)仍采用內(nèi)孔、外圓用工裝夾具墊實(shí)后，再用三爪夾持的方法。

在零件進(jìn)行氮化處理后采取研拋的方法降低零件的表面粗糙度。氮化后的零件硬度很高，氮化變形很小，此時(shí)研磨拋光后，零件的表面粗糙度會(huì)降低。

在粗、精加工中間加入多次熱處理除應(yīng)力及人工時(shí)效的方法，使加工產(chǎn)生的應(yīng)力逐漸并充分釋放：淬火（加熱溫度860℃，油冷）→高溫回火（加熱溫度600℃，空冷）→除應(yīng)力（兩次除應(yīng)力，第一次加熱溫度580℃，空冷；第二次加熱溫度350℃，空冷）→時(shí)效（加熱溫度180℃，空冷）→離子氮化（采用工藝裝備及控制變形措施）等熱處理方法與加工方法穿插進(jìn)行，加熱溫度逐漸降低，保持適當(dāng)保溫時(shí)間，調(diào)整冷卻方法和冷卻溫度，逐級(jí)減少加工余量，消除應(yīng)力及變形。同時(shí)要求加工工序多次進(jìn)刀、每次進(jìn)刀少余量切削，以減少振動(dòng)及變形。人工時(shí)效采用銅棒敲擊，相當(dāng)于振動(dòng)時(shí)效，消除應(yīng)力。在薄壁件的加工中，切削熱是影響零件精度的重要因素之一。要求車削、磨削時(shí)采用乳化冷卻液的充分冷卻，使零件切削熱充分散發(fā)、零件溫度降低，也減小了零件的熱變形。

4 結(jié)語

在零件加工的各個(gè)階段，通過采取各種辦法，消除和避免變形和振動(dòng)的影響。經(jīng)過實(shí)踐加工，零件尺寸精度及形位公差均達(dá)到圖紙要求，保證了雙層結(jié)構(gòu)的成功運(yùn)用，對(duì)薄壁件的加工進(jìn)行積極探索，也為今后加工此類零件積累了一定經(jīng)驗(yàn)。