薄壁螺紋殼體零件批量加工工藝設(shè)計(jì)

■淮海工業(yè)集團(tuán)有限公司 （山西長(zhǎng)治 046012） 李紹忠 田晉玲 王彩芳 張澤云

薄壁螺紋殼體零件批量加工工藝設(shè)計(jì)

■淮海工業(yè)集團(tuán)有限公司 （山西長(zhǎng)治 046012） 李紹忠 田晉玲 王彩芳 張澤云

摘要：通過(guò)分析薄壁螺紋殼體零件的技術(shù)要求，結(jié)合零件加工特點(diǎn)和機(jī)床裝夾方式，設(shè)計(jì)與機(jī)床匹配的夾具，選擇方便快捷的裝夾方式，解決了加工中易出現(xiàn)的零件容易變形、切削效率不高及良品率較低等問(wèn)題，保證了產(chǎn)品加工精度和設(shè)計(jì)要求。

1. 零件分析

我單位生產(chǎn)的某薄壁螺紋殼體零件如圖1所示，該零件材料為40Cr，最小壁厚1.45mm，零件熱處理后硬度320～360HBW。產(chǎn)品要求以螺紋為基準(zhǔn)，保證與大端面的垂直度要求和外形的跳動(dòng)要求。該薄壁零件在加工中存在的加工難點(diǎn)是：①要克服切削應(yīng)力和裝夾對(duì)零件造成的形變。②要保證零件表面粗糙度質(zhì)量和相關(guān)尺寸精度。③零件形位公差以內(nèi)螺紋為基準(zhǔn)，對(duì)夾具設(shè)計(jì)的要求較高。

圖1　薄壁螺紋殼體零件

2. 工藝方案設(shè)計(jì)

零件毛坯為鋼管，傳統(tǒng)的加工方法為：夾緊毛坯加長(zhǎng)部位→完成外圓弧形→完成內(nèi)孔弧形及螺紋加工→切斷保證長(zhǎng)度尺寸。這樣能保證產(chǎn)品質(zhì)量，也能較好地克服加工過(guò)程中的變形問(wèn)題。由于每個(gè)零件均帶有工藝夾頭，應(yīng)用這種工藝方法在大批量生產(chǎn)中，會(huì)造成對(duì)原材料的極大浪費(fèi)。

根據(jù)零件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、大批量生產(chǎn)特性和材質(zhì)切削特性，確定如下加工工藝路線：①平端面保證長(zhǎng)度63mm、車外圓φ104mm和內(nèi)孔φ78mm。②熱處理保證硬度320～360HBW。③半精車端面、外圓柱，消除熱處理變形。④半精車另一端面，內(nèi)孔及內(nèi)弧形留1mm余量。⑤平端面，車M96螺紋。⑥以M96螺紋和大端面定位，精車內(nèi)外形，并保證長(zhǎng)度。

工藝要點(diǎn)說(shuō)明如下：

（1）工序③、④為半精車工序，殼體零件通過(guò)半精車工序，有效控制了變形，隨著零件加工余量的逐漸去除，零件的應(yīng)力逐漸釋放，為后續(xù)加工減少形變打下良好的基礎(chǔ)。

（2）工序⑤對(duì)螺紋及端面進(jìn)行精加工，為精加工內(nèi)外形提供精確定位基準(zhǔn)。該工序加工時(shí)，因?yàn)橥鈭A及內(nèi)孔和內(nèi)弧形已加工過(guò)，零件壁厚已經(jīng)變薄，卡盤(pán)夾緊時(shí)，要產(chǎn)生夾緊變形。因此，要求夾緊部位必須與加工部位

（螺紋加工）有一定的間距，并保證一定的夾持力，以防止夾持力不夠或因夾持力過(guò)大造成的形變。

（3）工序⑥精車內(nèi)外形，以螺紋和大端面為基準(zhǔn)，將內(nèi)外形在一次裝夾中同時(shí)加工，以保證尺寸和形位公差要求。如用卡盤(pán)撐脹方式夾緊螺紋底孔，徑向受力必然導(dǎo)致零件的彈性變形，尺寸和形位公差無(wú)法保證，還易造成螺紋損壞。而以螺紋和大端面為基準(zhǔn)軸向拉動(dòng)夾緊，則不會(huì)產(chǎn)生徑向夾緊變形和螺紋損壞。因此用螺紋夾具軸向拉動(dòng)夾緊的方式，能有效地減少零件形變的發(fā)生，同時(shí)，還有利于零件裝夾和卸下，很好地保證了產(chǎn)品的精度要求和生產(chǎn)效率。

3. 螺紋夾具設(shè)計(jì)

螺紋夾具結(jié)構(gòu)如圖2所示，由拉桿、過(guò)渡套、螺釘銷、本體和螺紋心軸組成。

本體與數(shù)控車床主軸聯(lián)接。螺紋心軸的右端螺紋心軸與零件聯(lián)接，圓柱部位與本體配合，左端小螺紋通過(guò)過(guò)渡套與拉桿聯(lián)接。拉桿左端直接與機(jī)床油缸聯(lián)接。使用時(shí)，零件螺紋旋入螺紋心軸，機(jī)床油缸拉緊拉桿，實(shí)現(xiàn)了零件的定位和拉緊；加工完成后，拉桿推出，將零件旋出螺紋心軸，則取下了零件。制作螺紋夾具時(shí)，螺紋夾具的本體定位端面由加工機(jī)床車成，保證與主軸的垂直度要求。零件螺紋在上道工序?qū)Τ叽绻钜M(jìn)行內(nèi)控壓縮，使零件與螺紋心軸聯(lián)接后徑向跳動(dòng)在產(chǎn)品要求范圍之內(nèi)，以保證零件形位公差的要求。

圖2　螺紋夾具示意圖

4. 刀具及切削用量選擇

（1）在應(yīng)用螺紋夾具車內(nèi)外形時(shí)，要注意刀具的副偏角應(yīng)大于零件圓弧切線角；在零件軸向?qū)Φ侗仨殰?zhǔn)確，避免車內(nèi)形刀桿與螺紋心軸端面產(chǎn)生干涉。

（2）精車內(nèi)外形時(shí)，要將粗、精加工工序的刀具分開(kāi)。精加工刀具刀片前角要稍大，刀尖圓角要較小，保證刀片足夠鋒利，減小切削應(yīng)力給零件帶來(lái)的形變。

外圓刀桿兩把，型號(hào)為MDJNL2525M15，主偏角93°，安裝D型（55°菱形）負(fù)角型刀片。粗加刀片為DNMG150608-DM；精加刀片為DNMG150604 -PF。

內(nèi)孔車刀兩把，型號(hào)為S32U -SDQCL11，主偏角107.5°安裝D型正角型刀片。粗加刀片為DCMT11T304-PM；精加刀片為DCMT11T304-PF。

（3）在加工薄壁零件過(guò)程中，切削用量以淺切深、高轉(zhuǎn)速、小進(jìn)給為宜。主要切削參數(shù)（其中n為轉(zhuǎn)速，ap為切深，f為進(jìn)給量）選擇如下。①外圓粗加工：n=500r/min，ap=0.75mm, f=0.25～0.30mm/r。②內(nèi)孔粗加工：n=500r/min，ap=0.60mm，f=0.20～0.30mm/r。③外圓精加工：n=550r/min，ap=0.10mm，f=0.10～0.15mm/r。④內(nèi)孔精加工：n=550r/min，ap=0.15mm，f=0.10～0.15mm/r。

（4）為了減小切削熱對(duì)零件變形的影響，加工中要進(jìn)行充分冷卻。

5. 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)1 0 0多萬(wàn)件的生產(chǎn)證明，此類螺紋薄壁零件采用先進(jìn)的加工工藝方法、合適的刀具材料及幾何角度、合理的螺紋夾具，完全能夠解決零件加工中的變形問(wèn)題，并且滿足大批量生產(chǎn)的要求。既保證了產(chǎn)品尺寸精度要求，也節(jié)約了大量原材料，為企業(yè)創(chuàng)造了更大的經(jīng)濟(jì)效益與價(jià)值。

參考文獻(xiàn)：

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收稿日期：（20141107）