薄壁殼體車削加工技術(shù)

■中國工程物理研究院機械制造與工藝研究所 （四川綿陽 621900） 王俊峰 李 凱 馮 婧

薄壁殼體車削加工技術(shù)

■中國工程物理研究院機械制造與工藝研究所 （四川綿陽 621900） 王俊峰 李 凱 馮 婧

摘要：本文針對薄壁零件的加工，詳細分析了薄壁回轉(zhuǎn)腔體的結(jié)構(gòu)特征和加工難點，通過制定合理的工藝路線及加工裝夾方案，優(yōu)化切削參數(shù)及刀具切削路線，有效解決了工件的變形問題，保證了零件的形狀精度和位置精度。用此裝夾方法定位精度高，穩(wěn)定可靠，可提高零件的合格率，對提高產(chǎn)品質(zhì)量有很大的推廣意義。

1. 零件分析

殼體零件為回轉(zhuǎn)體零件，其結(jié)構(gòu)如圖1所示，材料為2A12，該零件為薄壁件，大外圓最大壁厚為2mm，剛性較差。在加工過程中如果裝夾不當，在夾緊力作用下工件容易產(chǎn)生變形，從而影響工件的尺寸精度和形狀精度；加工中產(chǎn)生的切削熱會引起工件熱變形，從而使工件尺寸難以控制；此外在切削力的作用下，加工時容易產(chǎn)生振動和變形，影響工件的尺寸精度、形狀精度、位置精度和表面粗糙度。

圖1　殼體零件

由圖1可知，該零件幾何精度要求很高，左端小端面、內(nèi)孔φ15mm小臺階面及R170m外圓對φ10mm內(nèi)孔的跳動為0.002mm，是加工中需要重點控制的要素。

2. 零件加工工藝

由于該殼體零件精度要求較高，且為薄壁件，必須采用粗車、半精車及精車的加工方式，并在加工過程中進行熱處理工序，去除工件內(nèi)應(yīng)力。加工時根據(jù)零件特征及精度要求，首選高精度數(shù)控車床進行精加工。具體車削精加工步驟如下：①精加工φ46mm、φ15mm內(nèi)孔，半精加工φ10mm內(nèi)孔，留適當精加工余量，φ15mm臺階面留適當精加工余量。②半精加工R170mm外圓，留適當精加工余量。③調(diào)頭半精加工小端端面、φ17mm外圓及大端面。④精加工φ10mm內(nèi)孔及φ15mm小臺階面。⑤精加工外形達尺寸要求。

3. 車削精加工工裝設(shè)計

工件為薄壁件，其材料2A12加工時受溫度影響較大，用常規(guī)方法（如自定心卡盤、心軸等）裝夾容易導致工件變形，裝夾及加工不便，精度無法得到保證。由于真空吸具裝夾受力小，裝夾精度高，裝卸方便，最終采用真空吸具進行裝夾。為此設(shè)計專用吸具工裝，如圖2所示。

圖2　吸具工裝

為了保證工件在吸具上裝夾牢靠，吸具工裝必需有足夠大的空腔，所以在工裝軸向和徑向均打通孔，軸向做兩組端面槽，徑向預(yù)留單邊3mm的空腔；零件裝

夾后以工裝φ46mm外圓及其左端面定位，其中φ46mm外圓與零件內(nèi)孔配車，配合間隙控制在0.005mm以內(nèi)，以保證重復(fù)裝夾定位準確和便于找正（見圖3）。

4. 車削精加工刀具設(shè)計

由圖1可知零件幾何精度要求極高，其中左端小端面、內(nèi)孔φ15mm小臺階面及R170mm外圓相對φ10mm內(nèi)孔的跳動為0.002mm，且φ15mm內(nèi)孔小臺階面與外圓及小端端面看似只有經(jīng)過二次裝夾才能進行加工，但如果二次裝夾則很難保證加工精度達到要求，一次裝夾加工又沒有合適的加工刀具來加工φ15mm內(nèi)孔小臺階面。經(jīng)過分析，只有在一次裝夾下加工φ10mm內(nèi)孔及所有外形，并設(shè)計專用反鏜刀加工φ15mm內(nèi)孔小臺階面，才是最合理的選擇。

根據(jù)零件材料及特征，設(shè)計專用反鏜刀進行加工內(nèi)孔φ15mm小臺階面。設(shè)計刀具如圖4所示。

刀具設(shè)計既要保證加工時不干涉，排屑順利，又要保證刀具鋒利，同時有足夠的剛性，以滿足加工后的精度要求。加工時刀具要經(jīng)φ10mm內(nèi)孔進入φ15mm內(nèi)孔反向鏜削φ15mm小臺階面，為保證加工時刀具與工件不干涉，又不失刀具剛性，刀頭最大尺寸為8.5mm（小于內(nèi)孔10mm），刀背距刀尖中心高4mm，刀肩寬5mm；小臺階面單邊深度2.5mm，所以設(shè)計刀具刃長3mm，保證加工時不干涉。刀具主偏角93°、刀尖角35°、前角10°、后角7°及刀尖圓弧半徑R0.2mm，保證刀具足夠鋒利，加工時排屑順暢，切削抗力小、無振動，使工件具有良好的表面粗糙度（見圖5）。

圖3　吸具工裝及裝配實體半剖圖

圖4　反鏜刀

圖5

5. 注意事項

（1）選擇前角大、刀尖半徑小、較鋒利的刀具及合理的切削用量進行精加工。

（2）精車φ46mm內(nèi)孔時要保證零件尺寸一致性，以保證工件調(diào)頭加工時與吸具配合間隙的一致性，以便于定位及裝夾找正。

（3）吸具吸力調(diào)整適當，既保證工件裝夾牢靠，又不致工件變形。

（4）在精加工φ15mm內(nèi)孔小臺階面時留精加工余量，上吸具裝夾后再用反鏜刀精加工，選用合理的切削用量，可保證跳動要求，加工后經(jīng)計量，跳動達到0.001mm。

6. 結(jié)語

此零件壁薄、剛性差且精度要求極高，這些都無疑加大了零件加工難度與制造成本，經(jīng)過合理選擇裝夾方法，設(shè)計專用的吸具工裝及加工刀具，最終保證了產(chǎn)品質(zhì)量。

參考文獻：

[1] 陳宏鈞，馬素敏. 車工操作技能手冊[M]. 北京：北京機械出版社，1998.

[2] 楊偉群. 數(shù)控工藝培訓教程[M].北京：清華大學出版社，2006.

[3] 徐宏偉. 數(shù)控加工工藝[M]. 北京：化學工業(yè)出版社，2008.

[4] 劉力. 機械制圖[M]. 北京：高等教育出版社，2004.

收稿日期：（20141026）