薄壁零件的數(shù)控車削加工工藝研究

宋理敏，吳永鋼

(山西機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山西長(zhǎng)治046011)

薄壁零件因其結(jié)構(gòu)緊湊、質(zhì)量輕、節(jié)省材料等特點(diǎn)，在各工業(yè)部門日益得到廣泛應(yīng)用。但由于薄壁零件強(qiáng)度低、剛性差，加工過程中極易變形，難于保證零件的加工精度，所以薄壁零件加工難成為一個(gè)凸顯的問題。作者以某型號(hào)產(chǎn)品的一薄壁套筒為例，對(duì)薄壁零件的數(shù)控車削加工工藝進(jìn)行研究。

1 影響薄壁零件加工精度因素分析

影響薄壁零件加工精度的因素是多方面的，機(jī)床、刀具、工件以及工件的裝夾、切削過程的切削力、切削熱等都會(huì)引起零件的加工誤差。具體因素分析見圖1所示［1］。

圖1 影響薄壁零件加工精度因素

2 薄壁零件的工藝分析

某型號(hào)產(chǎn)品的薄壁套筒零件見圖2。該零件為小批量生產(chǎn)，材料為1Cr18Ni9Ti，毛坯為φ110 mm×25 mm×180 mm，長(zhǎng)度公差為±0.3 mm，表面粗糙度為1.6 μm，最薄壁厚僅為0.3 mm，是一個(gè)典型的薄壁零件。

圖2 薄壁套筒零件

加工難度分析:

(1)該零件材料的牌號(hào)為1Cr18Ni9Ti，這是一種不銹鋼材料，其切削加工性很差，相對(duì)可切削性約為0.3～0.5之間，是一種難切削材料，其難加工性主要表現(xiàn)在:

①塑性、韌性較高，延伸率、斷面收縮率和沖擊值都較高，所以切屑不易切離、卷曲和折斷，切屑變形消耗的能量增多，且大部分能量轉(zhuǎn)化為熱能，使切削溫度升高。

②高溫強(qiáng)度和高溫硬度高，在700℃時(shí)仍不能降低其機(jī)械性能，故切屑不易被切離，切削過程中切削力大，刀具容易磨損。

③加工硬化傾向高，大大增加了工件切削時(shí)的摩擦、磨損和切削力，容易使刀具磨損，影響工件的表面粗糙度。

④切削過程中容易粘刀，形成積屑瘤，從而影響零件表面的加工質(zhì)量。

(2)該零件筒壁厚度不均勻，最薄壁厚僅0.3 mm，最厚處也不過0.9 mm。采用常規(guī)裝夾方法，變形太大，難于保證其尺寸精度，需設(shè)計(jì)專用工裝夾具。

3 加工工藝方案制定

針對(duì)以上問題，特制定以下加工工藝方案［2-6］:

(1)機(jī)床的選擇。根據(jù)零件的材料及零件的形狀和精度要求，選用CAK6150Di FANUC 0i mate TC數(shù)控車床。

(2)裝夾方法改進(jìn)。依據(jù)零件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、質(zhì)量要求，在零件左邊預(yù)留工藝法蘭，法蘭內(nèi)孔加工內(nèi)螺紋。加工工件內(nèi)孔采用自定心三爪卡盤定位夾緊;加工工件外圓利用芯軸、壓螺，采用一夾一頂裝夾方式。

(3)零件加工工序安排:①三爪夾持工件，車左端面，車外圓長(zhǎng)50 mm。②粗車內(nèi)孔，留0.2 mm精加工余量;精車內(nèi)孔至尺寸;車法蘭內(nèi)孔螺紋M102×2，長(zhǎng)25 mm。半成品見圖3所示。③套入芯軸，撐內(nèi)孔，加入壓螺以法蘭內(nèi)螺紋旋緊，三爪夾持左端面 (壓螺處)，芯軸右端頂頂尖。粗車外圓，留0.2 mm精加工余量;精車外圓至尺寸。④于法蘭處切斷工件，保證零件的長(zhǎng)度尺寸。

圖3 精加工內(nèi)孔后的半成品

(4)刀具的選擇。對(duì)于不銹鋼材料薄壁零件而言，刀具的選擇相當(dāng)重要。刀具的優(yōu)化選擇，可以從刀具的材料和幾何結(jié)構(gòu)方面進(jìn)行考慮。對(duì)于該零件采用材料為YW2硬質(zhì)合金的刀片。這種材料的刀具在加工1Cr18Ni9Ti不銹鋼時(shí)具有耐磨、抗粘結(jié)性好的優(yōu)點(diǎn)。具體選擇見表1所示。

表1 數(shù)控加工刀具卡

(5)切削用量的選擇。加工薄壁零件，如果切削用量選擇不合理，很容易產(chǎn)生表面應(yīng)力，影響工件表面質(zhì)量，而且還會(huì)影響切削力、產(chǎn)生大量切削熱，增大工件的變形程度，所以切削用量的選擇至關(guān)重要。對(duì)于該零件，鏜內(nèi)孔和車外圓時(shí)取線速度為120～150 m/min;粗加工進(jìn)給速度取 0.2～0.3 mm/r，精加工進(jìn)給速度取0.05 mm/r;粗加工背吃刀量取1～2 mm，精加工背吃刀量取0.2～0.5 mm。

4 工裝夾具設(shè)計(jì)

為控制薄壁零件的加工變形，車工件外圓時(shí)特設(shè)計(jì)如下專用夾具，見圖4。

圖4 專用夾具

上芯軸夾具時(shí)，通過芯軸的錐面和壓螺給零件施加一預(yù)拉力 (20～30 N)，這樣可達(dá)到增加剛性、減小變形的目的。壓螺上預(yù)留工藝孔便于壓螺的旋入。

5 結(jié)束語

采用以上數(shù)控車削加工工藝對(duì)薄壁套筒進(jìn)行加工，經(jīng)檢測(cè)零件合格率達(dá)到100%，完全滿足生產(chǎn)需求。而且該裝夾方式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，定位可靠，使用方便，既能保證產(chǎn)品的加工質(zhì)量，又提高了生產(chǎn)的效率。

【1】王志剛，何寧，武凱，等.薄壁零件加工變形控制分析及控制方案［J］.中國(guó)機(jī)械工程，2002，13(2):114-117.

【2】汪小平.薄壁套筒零件的加工工藝分析［J］.四川文理學(xué)院學(xué)報(bào):教育教學(xué)研究專輯，2008，18(S1):177-178.

【3】謝騏.數(shù)控車削加工工藝問題的探討［J］.機(jī)床與液壓，2007，35(3):223-224.

【4】宋理敏，張子祥.數(shù)控車床對(duì)刀［J］.機(jī)械工程與自動(dòng)化，2008，23(4):64-65.

【5】杜國(guó)臣.3Cr13不銹鋼數(shù)控車削加工工藝研究［J］.機(jī)床與液壓，2006(9):84-85.

【6】盧培文，諶斌龍，薛峰.芯軸的數(shù)控車削工藝設(shè)計(jì)［J］.機(jī)床與液壓，2012，40(4):43-46.