薄壁套零件加工工藝分析

姬生峰

（齊齊哈爾二機(jī)床（集團(tuán)）有限責(zé)任公司銑鏜分公司，黑龍江齊齊哈爾161005）

薄壁套零件加工工藝分析

姬生峰

（齊齊哈爾二機(jī)床（集團(tuán)）有限責(zé)任公司銑鏜分公司，黑龍江齊齊哈爾161005）

薄壁套類零件在加工過(guò)程中由于受材料、結(jié)構(gòu)以及加工工藝等多種因素的影響，常常會(huì)出現(xiàn)廢品。以某45鋼薄壁套零件加工為例，介紹了其加工工藝過(guò)程及保護(hù)加工質(zhì)量的一系列措施。

薄壁套零件；加工工藝；加工精度

0 引言

機(jī)械零件加工工藝方案的確定通常是根據(jù)零件材料、加工難度、加工數(shù)量、現(xiàn)有的加工設(shè)備、工人技術(shù)水平等諸多因素。薄壁套類零件是切削加工中的一個(gè)難點(diǎn)，其剛性差、強(qiáng)度弱，在夾緊力、切削力和切削熱的作用下非常容易出現(xiàn)變形。薄壁套類零件作為旋轉(zhuǎn)和固定軸類零件主要承受軸的徑向力。薄壁套類零件具有質(zhì)量輕、節(jié)約材料和結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)點(diǎn)，在工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。本文僅以材料為45鋼的薄壁套筒零件為例，對(duì)薄壁套零件加工過(guò)程中的工藝進(jìn)行介紹。

1 薄壁套類零件工藝分析

1.1 零件分析

圖1 薄壁套零件簡(jiǎn)圖

圖1所示為45鋼薄壁套筒零件，其外圓加工精度高于內(nèi)孔精度，加工難點(diǎn)在于如何防止加工過(guò)程中的切削熱所產(chǎn)生的應(yīng)力變形。該零件的內(nèi)外圓公差要求在0.13 mm以內(nèi)，內(nèi)圓表面與外圓軸線的同軸度公差為0.01 mm，如此高的精度要求給加工帶來(lái)一定的難度。對(duì)于常見(jiàn)的薄壁套類零件的加工，一般是采用內(nèi)外徑反復(fù)輪換定位的方式，但對(duì)于該零件的加工如果采用內(nèi)外徑反復(fù)定位的方式，肯定會(huì)由于變形量大導(dǎo)致產(chǎn)生廢品。

針對(duì)圖1零件，采取先內(nèi)孔后外圓的加工方式進(jìn)行加工。采用內(nèi)孔進(jìn)行定位的加工工藝路線是：粗車工件兩頭→粗鏜內(nèi)孔→半精鉸內(nèi)孔→精鉸內(nèi)孔→粗車外圓→精車內(nèi)圓→精磨外圓。采用該加工工藝路線可不僅能夠減少零件加工過(guò)程中的變形量，而且能夠保證零件的最終加工質(zhì)量。

1.2 夾具的選擇與設(shè)計(jì)

圖1薄壁套類零件的厚度為1.7 mm，其徑向剛度非常差，如果采用常規(guī)的三爪卡盤夾持工件的外圓，工件僅承受3個(gè)爪的夾緊力，受力點(diǎn)不均勻夾緊力也不均衡，在加工過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)明顯的彈性變形甚至不可逆的塑性變形。采用三爪卡盤夾持時(shí)，在進(jìn)行半精車、磨削加工后內(nèi)孔的彈性變形會(huì)被車削和磨削掉。加工前內(nèi)孔在機(jī)床上進(jìn)行測(cè)量的圓度達(dá)到要求，但是三爪卡盤取下工件后，內(nèi)孔的彈性變形部分不會(huì)恢復(fù)，內(nèi)孔的幾何形狀變成多角形或者多邊形。因此為使零件上每一點(diǎn)的夾緊力都保持平衡，采用開(kāi)縫套筒或者軟爪進(jìn)行裝夾就能有效地避免其變形?？蓪㈤_(kāi)縫式套筒套在工件的外圓上，采用三爪卡盤對(duì)其進(jìn)行夾緊。

在進(jìn)行外圓加工時(shí)，通過(guò)將徑向夾緊力改變?yōu)檩S向夾緊力的方式來(lái)轉(zhuǎn)移夾緊力的作用點(diǎn)進(jìn)行實(shí)際的生產(chǎn)。在進(jìn)行磨削的時(shí)候，采用脹式心軸夾具進(jìn)行加工，也就是采用剛性瓣（3個(gè)），外圓的尺寸公差與內(nèi)孔相同，曲率半徑也要一樣。在心軸上裝有錐套，通過(guò)旋轉(zhuǎn)螺母使其向右移動(dòng)，錐套給脹瓣施加徑向力，從而夾緊工件；反方向旋轉(zhuǎn)螺母可以將工件松開(kāi)。采用橡皮圈來(lái)避免脹瓣與錐套、錐套與心軸之間的旋轉(zhuǎn)。

1.3 刀具角度及砂輪的選擇

薄壁套類零件的加工刀具不僅要求刃口要非常鋒利，并且要有合適的刀具角度。通常來(lái)說(shuō)，使用高速鋼刀具進(jìn)行薄壁套類零件的車削加工比采用硬質(zhì)合金刀具更好。高速鋼刀具要選用合適的刀具后角，避免因后角過(guò)大導(dǎo)致刀具強(qiáng)度變?nèi)?。在車削薄壁套類零件時(shí)，刀具的后角一般是4°～12°之間。另外選取刀具角度時(shí)還應(yīng)該考慮工件的外形、材料和刀具的自身屬性。

進(jìn)行磨削加工時(shí)應(yīng)該首選較小的磨削深度，此外砂輪應(yīng)該修整的粗些，并加入足夠的切削液；在進(jìn)行磨削時(shí)還必須保證具有一定的光磨過(guò)程，確保零件的圓度和直線度達(dá)到設(shè)計(jì)要求。為了有效地提高砂輪的切削性能，磨料應(yīng)該優(yōu)先選用黑色碳化硅，砂輪半徑應(yīng)該在25～35 mm之間，減少砂輪和孔壁的接觸弧長(zhǎng)，使磨削的溫度保持在有限的范圍內(nèi)。零件在加工完成后（特別是磨削加工之后），應(yīng)該對(duì)其內(nèi)孔進(jìn)行檢驗(yàn)；避免由于磨削時(shí)產(chǎn)生熱量引起工件變形。對(duì)于圖1的零件由于加工材料為45鋼，為了有效降低零件表面粗糙度，砂輪的磨料粒度要適中。

2 薄壁套類零件加工方法分析

2.1 加工路線

對(duì)于精度要求較高的薄壁套類零件，將零件的粗加工、半精加工和精加工分開(kāi)，可以有效控制粗加工時(shí)夾緊力、切削熱等引起的變形，有效地保證零件的精度和表面的穩(wěn)定性。

進(jìn)行粗加工主要是為了將毛坯余量快速除掉，粗加工過(guò)程中應(yīng)該根據(jù)實(shí)際情況選擇大的進(jìn)給量和切削深度。粗加工之后要進(jìn)行（半）精加工，因此對(duì)于粗加工表面的質(zhì)量要求不是很高。粗加工為后面的精加工確定了基準(zhǔn)，精加工是完成各主要表面的最終加工，使零件的加工精度和加工表面質(zhì)量達(dá)到圖樣規(guī)定的要求。合理地分配粗加工和（半）精加工毛坯余量對(duì)于零件的加工經(jīng)濟(jì)性和公益性都具有非常重要的意義。

2.2 選擇合理的切削用量

進(jìn)行機(jī)械零件加工時(shí)，應(yīng)該合理地選擇切削深度和進(jìn)給量，避免因?yàn)榍邢髁Φ脑龃髮?dǎo)致零件的切削變形增大。零件切削變形增大對(duì)零件的最終質(zhì)量影響很大。因此，必須合理地選擇切削用量，不能因?yàn)榍邢饔昧康倪^(guò)大導(dǎo)致零件的加工質(zhì)量不合格。如果將切削深度減小，而只增加進(jìn)給量，雖然切削力會(huì)下降，但是工件的表面粗糙度會(huì)增大。

在進(jìn)行車削精加工時(shí)，切削深度應(yīng)該選擇在合理的范圍，進(jìn)給量也應(yīng)該盡量小。精車時(shí)的切削速度應(yīng)在保證切削精度的前提下盡量高。合理地選取粗加工和（半）精加工的切削用量對(duì)于整個(gè)零件的加工質(zhì)量具有非常重要的意義。

2.3 充分澆注切削液

合理地選用切削液能夠降低切削溫度，避免工件由于受熱而產(chǎn)生變形。進(jìn)行工件粗加工時(shí)選用水溶液冷卻能夠有效地降低切削溫度；精加工時(shí)由于對(duì)切削質(zhì)量的要求較高，因此要選用良好的切削液來(lái)提高加工表面的質(zhì)量。

3 結(jié)語(yǔ)

本文主要針對(duì)薄壁套類零件的加工工藝進(jìn)行了分析，應(yīng)采取有效的方法對(duì)薄壁套類零件在加工過(guò)程中可能出現(xiàn)的變形進(jìn)行有效的控制。通過(guò)采取合理的防變形裝夾技術(shù)，有效減少了裝夾變形中產(chǎn)生的精度和表面質(zhì)量損失；并分析了切削力對(duì)變形的影響。在進(jìn)行薄壁套類零件的加工時(shí)，應(yīng)根據(jù)零件材料和具體結(jié)構(gòu)，采取合理的工序（工步）、切削參數(shù)、裝夾方式、冷卻方式，從而滿足薄壁套類零件的設(shè)計(jì)加工要求。

［1］ 楊叔子.機(jī)械加工工藝手冊(cè)［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2002

［2］ 何家林.薄壁套的數(shù)控車削編程與工藝分析研究［J］.木材加工機(jī)械，2013（5）：11-12，16.

［3］ 虞成鋼.薄壁套加工難度值的確定［J］.機(jī)械工藝師，2000（8）：29-30.

［4］ 王大偉.薄壁套的加工方法探討［J］.科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2009（6）：53.

（編輯昊 天）

TH 162

B

1002－2333（2014）05－0233－02

姬生峰（1978—），男，技師，主要從事機(jī)械設(shè)計(jì)及工藝工作。

2014-02-26