雙球體襯套零件的工藝改進及數控高效加工

李雁

【摘要】本文將從工藝路線的安排、余量的合理計算、刀具的選擇、設備的選取、刀具軌跡的優(yōu)化、加工前零件的采點、最大化的降低切斷的變形等方面入手，成功突破薄壁襯套的加工難題，較常規(guī)襯套類型零件的加工上均有著飛躍式的創(chuàng)新，為此類新型零件的加工上奠定了基礎，開拓了超薄壁、雙球體類型襯套加工的新思路。

【關鍵詞】雙球型；襯套；薄壁；易變形；數控加工

1、前言

此薄壁接嘴襯套零件是與低壓一級導向器相連，起密封和通氣的作用。零件結構雖不算復雜，但由于薄壁、呈現雙球型結構且容易變形，在加工工程中無法裝夾，易導致零件尺寸公差不穩(wěn)定，造成零件整體尺寸超差。

2、零件的結構特點、材料特點及工藝分析

2.1零件的結構特點

該零件屬于典型薄壁件結構，零件總長為13.5mm，外圓最大尺寸為φ11.23mm，且零件存在兩處內外球面結構，外球面公差要求較嚴僅為0.007mm， 按公差累積計算后，壁厚尺寸僅為0.3mm。在零件的右端面處存在R0.2mm的圓弧，且圓弧需與內徑尺寸相切。較以往各機種相似的零件在尺寸及結構上給加工造成了很大的困難，對于該零件的加工經驗基本空白。

2.2零件的材料特點

零件使用材料是0Cr18Ni9不銹鋼，它的可切削性約為0.3-0.05之間，是一種難加工材料。

2.3工藝分析

此零件為壁薄件，切斷時的應力變形將是零件合格的最大問題。零件最小壁厚僅為0.3mm，加工后需要進行鍍鉻處理，因此，零件外球尺寸公差只有0.007mm。且由于零件存在兩處內外球，外球若進行磨加工，工裝難以實現，且極易導致零件的變形。兩處內球若采用傳統的鏜刀進行加工，易導致零件的過切，需對刀具進行手工磨制，但零件的加工穩(wěn)定性上必將受影響；另外，零件的測量上，是零件加工過程中的最大問題，尤其是兩處球心對端面的距離。

2.4加工方案

針對此薄壁零件的特點初步制定加工方案：將零件加工，安排兩道粗加工工序，在去除大部分余量的同時，加工出較為理想的定位基準。

對于切斷變形的問題，擬采取兩種加工方案并行的方式：

方案一，預留夾持余量15mm，在數控設備上直接切斷，其過程中采用3mm寬切刀在切斷處先切槽，再用2mm寬切刀切斷的方式減小應力變形的方法切斷；

方案二，預留夾持余量15mm，在直接切斷變形的情況下，采用線切割切斷的方式，減小零件的變形量。

3、實際加工存在的問題

零件真正開始加工，面臨的首要問題為零件的采點上，采點即要保證R0.2的切點直徑為Ф9.8+0.11+0.016，同時要保證R0.2，但是零件的壁厚僅為0.3mm，采點過程中帶來不小的麻煩。

4、零件數控加工的改進方案

針對實際加工中出現的問題，我們及時進行了改進，并通過了驗證。為提高加工效率，降低工序間周轉時間，我們將15、20工序合并到25工序數控車加工中，這樣也避免了對刀所產生的誤差。為保證加工質量，合理選擇機床、刀具和切削用量至關重要，下面我將結合數控加工的特點進行具體描述。

4.1設備的選擇

因零件尺寸要求高，用普通設備手動加工困難，而數控加工形狀完全由程序控制，加工準確精度高，故選擇數控車床加工。最終選擇采用臥式數控車床QTN200-ⅡMSL。

4.2合理選擇刀具

4.2.1刀具材料

正確選用刀具材料是保證高效率加工不銹鋼的決定因素。根據不銹鋼的切削特點，刀具材料應具備足夠的強度、韌性、高硬度和高耐磨性且與不銹鋼的粘附性要小。由于高速鋼切削不銹鋼時的切削速度不能太高，因此影響生產效率的提高。對于較簡單的車刀類刀具，刀具材料應選用強度高、導熱性好的硬質合金，因其硬度、耐磨性等性能優(yōu)于高速鋼。硬質合金是采用高硬度的金屬碳化物（WC、TiC、NbC等）與金屬粘接劑（Co、Ni等）通過粉末冶金的方法制造的燒結體。它具有較好的較高的硬度、良好的耐磨性和耐熱性，使數控機床刀具應用最為廣泛的材料，適于數控加工的中速和高速切削。

4.2.2刀具的選擇

為了能夠實現數控機床上刀具高效、多能、快換和經濟的目的，確保加工精度和產品質量的穩(wěn)定性，工序中全部采用專業(yè)刀具生產商提供的機夾刀具。

最終選擇刀具：外圓刀桿：PDJNR 2525 M-15

外圓刀片：DNMG1 50608-MF1 CP200

4.2.3選擇合適的切削用量

切削用量的大小對生產效率和加工質量有很大影響，切削速度不宜過高（vc=50～80m/min）；切削深度ap不宜過小，以避免切削刃和刀尖劃過硬化層，ap=0.4～4mm；因此進給量f對刀具耐用度影響不如切削速度大，但會影響斷屑和排屑，拉傷、擦傷工件表面，影響加工的表面質量，進給量一般取f=0.1～0.5mm/r。

4.2.4選擇切削液

不銹鋼切削中的冷卻潤滑：采用冷卻潤滑性能較好的潤滑液，如水溶液、乳化液等。

4.3程序編制

G0 X200 Z150

G40

T901

G00 X30 Z20

X0 Z0.2

G0 X200 Z150

……

M30

4.4改進后實際加工效果

根據改進后的加工方法進行生產，效率大幅提高，同時在進行車加工時不再纏屑，切削順利，尺寸穩(wěn)定，表面粗糙度達到設計要求。

改進前后加工時間的對照表

從上面的統計數據中可以看出：從普通設備改為數控車加工即節(jié)約了時間、降底了生產成本，又提高了零件質量。

5、結論

我們面對原加工工藝中存在的各種問題，客觀的從零件結構、加工手段、工裝等方面入手，具體分析，大膽試驗，經過事實證明，改進后的加工方法切實可行，加工過程穩(wěn)定，產品質量符合設計要求，并已通過裝配試車考核。在實際加工中，其它相似類零件也可從普通設備改為數控設備加工，具有推廣意義，給公司帶來更大的效益。

參考文獻

[1]《金屬切削原理與刀具》.陸劍中主編.機械工業(yè)出版社，2011.7

[2]《機械加工工藝手冊》.孟少農主編.機械工業(yè)出版社，1992.1

[3]《材料科學基礎》.潘金生等主編.清華大學出版社，2005.3

[4]《數控加工實例》.李超編著.遼寧科學技術出版社，2005.3