薄壁管形零件加工方法分析

李曉軍

摘 要：文章針對(duì)薄壁管形類零件車削加工過(guò)程中易發(fā)生的質(zhì)量問題進(jìn)行探討，從造成薄壁管形零件在加工過(guò)程中產(chǎn)生的各種問題進(jìn)行理論分析，根據(jù)分析出來(lái)的原因制定了相應(yīng)的解決措施，通過(guò)實(shí)踐加工驗(yàn)證證明解決措施有效，解決了薄壁管形零件加工難的問題。

關(guān)鍵詞：薄壁管形零件；切削力；刀具；裝夾

中圖分類號(hào)：TG519.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2016）15-0009-02

1 概 述

本文提及的薄壁管形零件主要特點(diǎn)呈管形且薄壁，主要加工表面是內(nèi)孔、外圓及兩端面，其主要技術(shù)要求有：內(nèi)孔和外圓的圓度要求；內(nèi)外圓之間的同軸度要求；孔軸線與端面的垂直度要求等這些實(shí)際問題將如何解決？薄壁管形類零件壁厚很薄，徑向剛度差，在加工過(guò)程中受切削力、切削熱及夾緊力等因素的影響極易變形，導(dǎo)致以上各項(xiàng)技術(shù)要求難以保證，針對(duì)這些問題，對(duì)薄壁管形類零件加工過(guò)程中的裝夾方法、切削量、刀具參數(shù)等進(jìn)行探討，將該薄壁零件進(jìn)行多次對(duì)比加工，最終探討出一種最合理的加工方法，既能加工出合格產(chǎn)品又能提高其加工速度，經(jīng)檢驗(yàn)證明按此方法加工出來(lái)的產(chǎn)品各項(xiàng)尺寸都能達(dá)到尺寸要求。從而證明此加工方法可以運(yùn)用到生產(chǎn)實(shí)踐中。

2 薄壁管形零件的結(jié)構(gòu)分析

某型號(hào)產(chǎn)品零件，如圖1所示，零件材料為板2A12-T4（GB/T 3880-1997），該零件的工藝路線為：板材→卷圓→整形→焊接→熱處理退火→車削加工→最終檢驗(yàn)。該產(chǎn)品由 6 mm的鋁板卷圓后最終加工至壁厚僅為2 mm、圓度0.05、兩端相對(duì)外圓的跳動(dòng)為0.05、端面相對(duì)外圓垂直度為0.05。根據(jù)該零件的要求可知該零件為典型的薄壁管形零件。

3 薄壁管形零件加工前對(duì)所用設(shè)備的調(diào)整

尤其在加工薄壁管型零件之前，我們應(yīng)對(duì)機(jī)床的各部件進(jìn)行檢查，機(jī)床的主軸、溜板、刀架等部位的間隙若過(guò)大、在加工該薄壁零件時(shí)易產(chǎn)生震動(dòng)，車削時(shí)車刀磨損較快，導(dǎo)致工件發(fā)勁。從而影響了工件尺寸要求和工件表面的粗糙度。因此，在車削該薄壁管型零件時(shí)，必須將機(jī)床各部件調(diào)整到最佳使用狀態(tài)，這樣既可增強(qiáng)車刀的耐用度又可保證工件的各部尺寸要求，同時(shí)也提高了工件的表面粗糙度。

4 加工該薄壁管型零件時(shí)刀具的合理選擇

因?yàn)樵摿慵卿X材料制成，在加工時(shí)我先選用的硬質(zhì)合金刀進(jìn)行車削加工，發(fā)現(xiàn)它很容易粘刀，原因是鋁材料軟，硬質(zhì)合金刀又不容易磨得很鋒利，因此加工時(shí)易粘刀，后來(lái)我改用白鋼刀進(jìn)行車削加工，發(fā)現(xiàn)加工起來(lái)很暢通，車削時(shí)不粘刀了。通過(guò)對(duì)比加工之后，發(fā)現(xiàn)車削鋁材選用白鋼刀車削比用硬質(zhì)合金刀更為合適，在加工該工件時(shí)只需用白鋼90 °正刀、45 °正偏刀、45 °鏜孔刀即可完成該工件的車削。

5 冷卻液的合理選擇

在加工該薄壁管型零件時(shí)，對(duì)冷卻液的選擇上也有一定的講究，不能用含硫的冷卻液，它會(huì)腐蝕鋁件。因此我們?cè)谲囅骷庸やX件時(shí)最好使用煤油冷卻工件。

6 對(duì)薄壁管型零件的夾緊與車削加工方法分析

6.1 三爪裝夾

用三爪直接夾緊工件外圓，加工該零件的內(nèi)孔，當(dāng)我們夾緊外圓時(shí)即使使用較小的夾緊力，工件也會(huì)產(chǎn)生變形，當(dāng)把內(nèi)孔加工到尺寸時(shí)，松開三爪，就會(huì)明顯的發(fā)現(xiàn)，已加工好的內(nèi)孔變成了三角形；若采用同樣的裝夾原理用三爪撐內(nèi)孔車外圓，車削結(jié)果證明，外圓是可以車到圖示尺寸要求的，但是當(dāng)我們松開卡爪取下工件時(shí)，發(fā)現(xiàn)工件也變形了，內(nèi)孔成圓形，已加工好的外圓卻成了三角形。于是，這就要求要借助工裝夾具來(lái)裝夾從而保證工件不變形。如圖2（a）、（b）、（c）所示。

6.2 工裝夾具的設(shè)計(jì)及制作

由于所加工工件薄壁，剛性不好，易變形，工裝夾具就是從增強(qiáng)剛性入手，可以考慮以開口過(guò)渡環(huán)裝夾外圓，以接近于芯棒的形式定位內(nèi)孔。在實(shí)際操作中，就其開口過(guò)渡環(huán)的制作也是一種薄壁零件的制作過(guò)程。將開口過(guò)渡環(huán)的壁厚加工至 4 mm，將其工件放入開口過(guò)渡環(huán)中加工工件的內(nèi)孔，待加工完成孔后，將工件取出進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果證明工件變形了，無(wú)法保證所需尺寸要求；又重新加工開口過(guò)渡環(huán)將壁厚加工至 6 mm，再裝入另一件未加工的零件加工其內(nèi)孔，加工時(shí)發(fā)現(xiàn)工件有松動(dòng)現(xiàn)象，證明工件未夾緊，原因是過(guò)渡環(huán)的壁太厚，失去了剛性和彈性，實(shí)踐證明，采用這種裝夾方式也很難加工出合格的薄壁管型零件。如圖3所示。

6.3 對(duì)薄壁管型零件的最佳加工方法

6.3.1 工裝夾具的設(shè)計(jì)與制作

①配制兩段外徑大于0230±1 mm，內(nèi)孔為0150±5 mm長(zhǎng)度大于50±5 mm的任一型號(hào)圓鋼按圖中頂尖1和頂尖2制作兩頂尖，用于加工該零件外圓時(shí)頂緊內(nèi)孔。

②配制一段外徑為0300±1 mm，長(zhǎng)度大于50±5 mm的圓鋼（暫不加工）。待所加工工件外圓全部加工完成后，再加工該夾具。

③配制一段外徑為0290±1 mm內(nèi)孔為0224±1 mm長(zhǎng)度為80±5 mm的圓鋼按加工成形，用于加工該零件內(nèi)孔時(shí)頂緊零件端面。

④配制一段外徑為0230±2 mm，內(nèi)孔為0153±1 mm，長(zhǎng)度為23±5 mm的圓鋼，加工成形，用作取工件時(shí)夾具。

6.3.2 粗、精車該零件外圓

卡盤夾緊預(yù)先加工好的頂尖，用表座及內(nèi)徑量表調(diào)整好頂尖圓跳動(dòng)，保證在0.02 mm以內(nèi)。將已加工好的頂尖裝在尾頂尖上。

將90 °正白鋼刀的前、后角磨至3 °左右，裝在刀架上，確認(rèn)被加工工件夾緊后，將切削速度調(diào)至400轉(zhuǎn)/min左右，進(jìn)刀量為0.3～0.5 mm，用煤油冷卻。將工件外圓粗車到0231 mm，停止機(jī)床，轉(zhuǎn)動(dòng)刀架，將已精磨好的前‘后角為5 °～7 °的正白鋼刀裝在刀架上，切削速度可以提高到600轉(zhuǎn)/min。進(jìn)刀量減少到0.1～0.3 mm。待工件完全冷卻后，精車外圓到圖示尺寸0230；將外圓加工完成后，將此外圓刀移至該零件右邊端面外，光出該端面，在加工端面時(shí)，為了保護(hù)兩端頂尖，將端面離內(nèi)孔處留約0.5～0.8 mm不加工，加工內(nèi)孔時(shí)即可去除，將右端面加工完后，轉(zhuǎn)動(dòng)刀架裝一把90 °反白鋼刀，再加工工件左邊端面，保留該零件長(zhǎng)160.5±0.05 mm，按如此加工方法，該零件的外圓就算加工完畢。取下該工件，輕輕放置于料架上，卸下頂尖。

6.3.3 粗、精車該零件內(nèi)孔及所需夾具設(shè)計(jì)

將事先準(zhǔn)備好的一段外徑為0300±1 mm，內(nèi)徑為0225± 1 mm長(zhǎng)度為150±5 mm的圓鋼裝夾在卡盤上，將此定位環(huán)加工結(jié)束后不用折卸。

把已加工好外圓的零件裝入剛加工好的定位環(huán)內(nèi)，然后從右邊旋入加工好的螺母套，將鎖銷插入鎖銷孔，把螺母套旋至工件右邊端面處，用適當(dāng)?shù)牧壕o工件即可。

在鏜孔加工該零件時(shí)不能選硬質(zhì)合金刀，因?yàn)橛操|(zhì)合金刀在刃磨時(shí)不夠鋒利，會(huì)給切削帶來(lái)很大的阻力，使切削力增大和產(chǎn)生切削熱，還會(huì)粘刀。因此，在加工薄壁零件內(nèi)孔時(shí)，應(yīng)該選用45 °白鋼鏜刀，將鏜刀前角磨成4 °～5 °左右，這樣可以減少刀具和工件之間的摩擦，以免工件發(fā)生振動(dòng)從而影響工件表面粗糙度。刃磨要鋒利，刀尖圓角半徑小于0.5 mm，切削速度調(diào)整為250轉(zhuǎn)/min左右，進(jìn)刀量為0.3～0.5 mm，用煤油冷卻，先粗車內(nèi)孔，將內(nèi)孔尺寸車至225.5 mm，待工件充分冷卻后，轉(zhuǎn)動(dòng)刀架裝上精車刀（精車刀的前角和主偏角都可以磨成7 °～8 °左右），將切削速度調(diào)至400轉(zhuǎn)/min左右，進(jìn)刀量減少到0.1～

0.3 mm，再精車內(nèi)孔到圖示尺寸0226±0.10 mm，由于所用夾具太大，因此切削速度不宜過(guò)快。整個(gè)工件就算加工完畢。

6.3.4 折卸已加工好的薄壁管件的方法

把鎖銷插入鎖銷孔中將螺母套向反方向扳松，慢慢將螺母套旋出，用先加工好的工裝套子從已加工好的工件右邊口部塞入，將一軟爪裝在機(jī)床尾座上，用軟爪夾住工件外圓，慢慢旋動(dòng)尾座將工件拉出套子。輕輕放置檢驗(yàn)臺(tái)上。

7 檢測(cè)結(jié)果

經(jīng)過(guò)兩種加工方法的對(duì)比，第一種裝夾方式直接裝夾法是肯定不可采納的，因?yàn)檫@種裝夾方式完全不能加工出合格的產(chǎn)品，第二種裝夾方式采用兩套工裝夾具的裝夾方式來(lái)加工薄壁管型零件的內(nèi)、外圓是最恰當(dāng)?shù)倪x擇，經(jīng)檢測(cè)加工完成的工件各項(xiàng)尺寸都能達(dá)到圖示尺寸要求，在加工數(shù)量上，每天最多只能加工完成2～3件產(chǎn)品，而且各檔尺寸還不能完全符合圖示要求。自從采取第二種加工方法后每天可以完成6～7件合格產(chǎn)品，而且各檔尺寸都能符合圖示尺寸要求，這種能成倍提高產(chǎn)品數(shù)量的加工方法我們更應(yīng)該把它廣泛的運(yùn)用到生產(chǎn)實(shí)踐中，給我們創(chuàng)造出更好的生產(chǎn)效益。

8 結(jié) 語(yǔ)

本文從薄壁管形零件的自身特點(diǎn)，在加工過(guò)程中易發(fā)生的各種情況下造成加工難的原因進(jìn)行分析，制定了相應(yīng)的解決措施，通過(guò)型號(hào)產(chǎn)品的切削加工證明，用本文介紹的第二種裝夾方式裝夾，變形較小，能夠保證形狀及同軸度的要求，刀具幾何參數(shù)及切削量的選擇也合理，加工后的零件經(jīng)檢測(cè)的各項(xiàng)要求均有明顯提高且滿足工藝設(shè)計(jì)要求，采用本文提及的方法可以解決薄壁管型類似零件的車削加工，為推動(dòng)某型號(hào)產(chǎn)品的研制具有一定的意義。

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