保證細(xì)長(zhǎng)薄壁管類零件質(zhì)量的車削加工

胡芳娥

（哈爾濱量具刃具集團(tuán)有限責(zé)任公司，哈爾濱 150040）

0 引言

隨著機(jī)械制造業(yè)的不斷進(jìn)步與發(fā)展，品類繁多、性能可靠的現(xiàn)代化的先進(jìn)機(jī)械加工設(shè)備——數(shù)控機(jī)床大量涌現(xiàn)，因其加工質(zhì)量性好和生產(chǎn)效率高，正在逐步更新取代老的、傳統(tǒng)的通用機(jī)械加工設(shè)備，其覆蓋領(lǐng)域也越來(lái)越廣泛。但是，數(shù)控機(jī)床也不是萬(wàn)能的，對(duì)某些零件的加工還存在盲區(qū)，有一定的制約性。以我單位所生產(chǎn)的1～3m外徑千分尺上的零件左套管及右套管為例，由于其零件結(jié)構(gòu)的特殊性，在數(shù)控車床上生產(chǎn)加工就受到制約，所以只好在通用機(jī)床C616上生產(chǎn)加工。而在現(xiàn)行的加工又存在著一些不利因素，下面就現(xiàn)行的生產(chǎn)工藝存在的不利因素，以及改進(jìn)的方式進(jìn)行簡(jiǎn)要說(shuō)明和論述。

1 現(xiàn)行生產(chǎn)工藝分析

1.1 所用金屬材料

左套管和右套管材料均選用45～50的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼管，規(guī)格分別為φ23×4.5與φ23×3.5兩種。

1.2 圖樣分析

圖1 左套管

圖2 右套管

1.3 存在問(wèn)題

從上述工步看，工藝設(shè)計(jì)完整，流程合理，圖樣上又沒(méi)有圓度、同軸度、跳動(dòng)等形位公差方面的要求，雖然現(xiàn)場(chǎng)多年來(lái)一直按此工藝執(zhí)行，但加工出來(lái)的套管還是存在以下問(wèn)題：1）套管在車削完外圓后，有兩種情況出現(xiàn)，一種是在車制的套管上出現(xiàn)有波紋的現(xiàn)象，另一種是在部分套管上出現(xiàn)管子的壁厚不均勻。2）兩端的孔在加工完成后，檢測(cè)孔的尺寸時(shí)，有一部分套管出現(xiàn)塞規(guī)很緊或根本就塞不進(jìn)去，給后序的壓套裝配帶來(lái)了很多不便。

1.4 原因分析

產(chǎn)生的原因到底出現(xiàn)在什么地方，經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)：

在機(jī)床主軸端采用了一個(gè)帶有60°圓錐，且在圓錐表面均勻分布有90°牙形的花頂尖，尾座端采用的是60°活頂尖，頂入套管的內(nèi)孔將其固定，對(duì)其進(jìn)行車外圓加工。當(dāng)頂緊力過(guò)小時(shí)，防滑頂尖很難抵制切削作用力而滑動(dòng)，從而使套管顫動(dòng)而出現(xiàn)表面的波紋現(xiàn)象，或是造成刀尖的碎斷。當(dāng)頂緊力過(guò)大時(shí)，因工件細(xì)長(zhǎng)故發(fā)生彎曲變形不可避免，同時(shí)造成加工出的套管其兩端的尺寸要小于中間部分的尺寸，出現(xiàn)中間部分鼓肚問(wèn)題，這對(duì)后序在無(wú)心磨床磨削外圓時(shí)帶來(lái)了加工難度，不僅使表面粗糙度會(huì)受到影響，而且還會(huì)出現(xiàn)內(nèi)孔與外圓不同心。

其次，采用的是花頂尖，頂尖的齒型是三角牙型，由于較長(zhǎng)時(shí)間的使用，會(huì)導(dǎo)致個(gè)別齒的銳利度差，或是掉齒現(xiàn)象。因?yàn)轫敿庾陨泶嬖谶@種缺陷，用其頂緊套管加工時(shí)，會(huì)造成套管內(nèi)孔與外圓不同心，并且隨著加工時(shí)間的推移套管的內(nèi)孔與外圓不同心這種現(xiàn)象會(huì)越來(lái)越嚴(yán)重。另外套管自身材質(zhì)的疏密度不一致，如恰逢疏點(diǎn)與防滑頂尖鋒利齒同側(cè)，就會(huì)加大工件中心的偏移量。

2 改進(jìn)措施與效果

為此自行設(shè)計(jì)了一種極簡(jiǎn)單的、最常見的夾具——夾套（如圖3），又在工步內(nèi)容上略有改變，取得一定的效果。

圖3 夾套

首先，將工步中的第一步和第二步反過(guò)來(lái)進(jìn)行，用夾盤取代原來(lái)所用的花頂尖，將沒(méi)切斷的套管夾緊后，先進(jìn)行車外圓加工，車好后再切斷，并在刀具上修磨過(guò)渡刃，雖然裝夾時(shí)間有所增加，但這樣可使所加工的套管外圓表面粗糙度得到提高，因?yàn)橛脢A盤夾緊工件的方式，所產(chǎn)生的夾緊力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于用兩個(gè)頂尖頂緊時(shí)所產(chǎn)生的夾緊力，而使尾座的活頂尖只起到支承和定心的作用。工件在這樣大的夾緊力作用下，其穩(wěn)定性得到了很大提高，同時(shí)可消除用頂尖頂緊時(shí)，因力量過(guò)大而出現(xiàn)的彎曲現(xiàn)象。雖有時(shí)會(huì)在個(gè)別套管上產(chǎn)生中間略鼓，但不影響無(wú)心磨的加工，使壁厚不均的現(xiàn)象可以做到基本消除。

其次，在對(duì)內(nèi)部各孔的加工中采用了圖3中的夾套后，保證了定心定位，可靠性提高了很多，可多次反復(fù)裝夾，不會(huì)影響產(chǎn)品質(zhì)量，另外，由于夾套的處的表面粗糙度和工件的表面粗糙度都相對(duì)不夠好，使摩擦因數(shù)增大，這樣夾緊力的力度控制更容易，因有夾套的保護(hù)，工件的三點(diǎn)受力基本上變成整個(gè)外圓受力，基本上消除了直接使用三抓夾盤夾緊套管所產(chǎn)生的變形現(xiàn)象。再有由于夾套的保護(hù)裝夾基本上包含了整個(gè)加工區(qū)間，使懸出長(zhǎng)度相對(duì)縮短，產(chǎn)生的振動(dòng)也大大減小，對(duì)提升工件質(zhì)量又多了一層保障，另外因使用了本夾套，工件的徑向變形小，加工兩端的所用的鉸刀加長(zhǎng)了使用壽命等。

夾套結(jié)構(gòu)如圖3，材料選擇45、50優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼均可，其優(yōu)點(diǎn)是材料比較經(jīng)濟(jì)，熱處理工藝性能也好。此種材料其塑性韌性均屬便于切削加工，特別是本夾套，只要精車就滿足條件。熱處理采用高頻淬火+低溫回火硬度達(dá)到35～38HRC即可，其熱處理后還具備一定的彈性，另外，在開口端80～90 mm處，采用局部淬火，剩余部分產(chǎn)生彎曲等變形對(duì)夾緊端的處無(wú)影響，左端φ18處只起定位作用。開口2～4 mm均可，且熱處理前右端口處不斷開，因開口較長(zhǎng)，在80～90 mm處再加一個(gè)連接點(diǎn)，以防熱加工變形。待熱處理回來(lái)后，用橡膠砂輪片切開即可用。夾套兩端分別留有3 mm和5 mm軸肩，分別用于定位和止脫（隨工件一起脫離夾盤）作用。

經(jīng)實(shí)踐檢驗(yàn)證明，通過(guò)分析、工藝改變及夾套的使用后，工件的加工質(zhì)量和效率等方面均有明顯提高。由于夾套的選材重點(diǎn)在于經(jīng)濟(jì)性和加工工藝，因此經(jīng)熱處理后的硬度不是很高，耐磨性高，另其夾套的彈性張力差，抗疲勞強(qiáng)度也相對(duì)較低，所以對(duì)使用壽命影響大。但是仍具有以下優(yōu)點(diǎn)：1）使用夾套后，外懸出部位縮短，夾緊力足夠，操作安全可靠；2）使用夾套后，改變了原來(lái)三點(diǎn)受力的情況，使工件變形小，夾緊力釋放后，對(duì)加工質(zhì)量基本無(wú)影響；3）通過(guò)工步的交替、夾套的使用、刀具的選擇和修磨上的改變，延長(zhǎng)了外圓車刀和鉸刀的使用壽命；4）定心定位較好，加工操作簡(jiǎn)捷方便，減小測(cè)量頻率，質(zhì)量穩(wěn)定性高。

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)1000～3000 mm外徑千分尺中的右軸套加工的工藝改進(jìn)，總結(jié)出如下經(jīng)驗(yàn)：1）在裝夾工件時(shí)，加工條件允許，應(yīng)盡量夾在壁厚最厚處；另外，盡可能的使工件受力面積最大化，以防夾緊力集中使工件產(chǎn)生型變。2）對(duì)加工區(qū)間的懸出部分（懸臂）盡量縮短，若實(shí)在無(wú)法縮短懸出量，要想辦法增添支撐（中心架）等，以防各類事故發(fā)生，生產(chǎn)必須安全。3）盡可能選擇鋒利，多刃對(duì)稱刀具進(jìn)行加工。4）盡量減少裝夾頻率。