薄壁連接座加工工藝固化

劉 凱

（許昌煙草機(jī)械有限責(zé)任公司，河南 許昌 461000）

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薄壁連接座加工工藝固化

劉 凱

（許昌煙草機(jī)械有限責(zé)任公司，河南 許昌 461000）

摘 要：高速運轉(zhuǎn)的輕工業(yè)中，經(jīng)常存在著一些剛性差、精度高的連接類薄壁零件，其中多數(shù)為產(chǎn)品的關(guān)鍵零件。這類高速運轉(zhuǎn)的機(jī)器一般要求結(jié)構(gòu)尺寸小、重量輕、精度高，因此薄壁零件也更多些。加工一個薄壁零件的工藝流程也在日益隨著制造水平的提高不斷優(yōu)化，工藝方案與工裝都根據(jù)零件的特殊性進(jìn)行單獨考究，找到最合理的加工方案。

關(guān)鍵詞：薄壁；熱處理；工藝系統(tǒng)；磨削

因為具有重量輕、節(jié)約材料、結(jié)構(gòu)緊湊等特點，薄壁零件已日益廣泛地應(yīng)用在各工業(yè)部門。但薄壁零件的加工是比較棘手的，原因是薄壁零件剛性差、強(qiáng)度弱，在加工中極容易變形，不易保證零件的加工質(zhì)量。下面就對生產(chǎn)中遇到的薄壁零件連接座進(jìn)行嚴(yán)格地個案分析，找出該零件最合理的加工方案。

一、零件簡介

零件名稱：連接座，具體設(shè)計要求如圖1所示。該零件為典型的薄壁類零件，整個零件的形位公差和粗糙度要求超出現(xiàn)有機(jī)床的加工精度。

二、影響加工精度的原因

1. 連接座的材料為20CrMnTi，沒有合適的管材代替，下料為φ190×132的巨型棒料，去除量大，容易積累切削內(nèi)應(yīng)力。

2. 連接座外徑直徑φ182.5mm，內(nèi)圓直徑φ175mm，壁厚僅為3.75mm，長度125mm，為典型的薄壁零件。

3. 左端外徑φ183（-0.01/-0.02）mm為基準(zhǔn)，與內(nèi)孔φ175（-0.02/-0.04）mm存在位置定位公差◎0.02mm，同時與左端面有位置定向公差為⊥0.01mm。

4. 工藝系統(tǒng)剛性差，對磨床加工質(zhì)量影響大。

三、針對影響加工精度因素采取的具體措施

通過分析該零件的各個尺寸與形位公差，將容易保證的加工內(nèi)容剔除，找出不易加工及難保證的尺寸精度與形位公差。針對形位公差中遇到的問題進(jìn)行分析，找出合理的加工方案。同時將需要保證的普通尺寸精度穿插在加工過程中，解決整個零件的加工難題。

1. 連接座的材料為20CrMnTi，無管材及鍛材。下料為φ190×132的巨型實心棒料，去除量大，容易積累切削內(nèi)應(yīng)力。采取的具體措施：粗加工、熱處理（正火880℃加熱）、半精加工、熱處理（去應(yīng)力處理560℃×2h）的工藝流程。釋放零件在加工過程中造成的應(yīng)力，防止內(nèi)應(yīng)力造成應(yīng)力變形，導(dǎo)致零件質(zhì)量不能滿足設(shè)計要求。

2. 連接座外徑直徑φ182.5mm，內(nèi)圓直徑φ175mm，壁厚僅為3.75mm，長度125mm，為典型的薄壁零件。

磨削是一種速度高、切削厚度極薄的加工方法。同時，砂輪還有自銳作用，在使用一段時間之后，能夠自動脫落下來，露出新的一層砂粒，這是其他切削方式所沒有的優(yōu)點。正是利用到這兩個特點，人為調(diào)整磨削用量，即更改砂輪速度、工件速度、切深、進(jìn)給量、砂輪修整次數(shù)等要素，避免接近固有頻率引起共振，減少磨削造成的整個零件再次應(yīng)力集中。利用磨削減少切削余量，將產(chǎn)生的切削應(yīng)力減少到最合理的范圍，即精加工的余量，增加精加工之后的半精磨（給精磨留0.15mm余量），并且放置一段時間，進(jìn)行時效，自然釋放應(yīng)力。

3. 左端外徑φ183（-0.01/-0.02）mm為基準(zhǔn)，與內(nèi)孔φ175（-0.02/-0.04）mm存在位置定位公差◎0.02mm，同時與左端面有位置定向公差為⊥0.01mm。

直徑為φ175的公差為（-0.02/ -0.04）mm，整個公差帶為0.02mm。相對應(yīng)的公差等級為5級與6級之間，該等級已經(jīng)是現(xiàn)有零件公差等級中較高的。而φ183（-0.01/-0.02）mm的公差等級為3級。精度要求更高，是對現(xiàn)有加工設(shè)備的一個大挑戰(zhàn)。

合理的磨削參數(shù)只能降低磨削應(yīng)力的積累，并不能消除應(yīng)力的產(chǎn)生。使用新外圓砂輪，不僅能夠提高外徑線速度，并且能提高砂粒的鋒利程度。當(dāng)在磨削應(yīng)力足夠小，不足以引起變形的條件下，設(shè)定好合理的磨削用量，對工件進(jìn)行最后的保證精度的精密加工，將基準(zhǔn)保證在φ183（-0.01/-0.02）在公差范圍之內(nèi)。

針對內(nèi)孔φ175（-0.02/-0.04）深入長度超過108mm，在磨削過程中，不斷對工件進(jìn)行尺寸測量，保證加工尺寸時刻在控制之中。增加砂輪空轉(zhuǎn)時間，有利于保證零件的整體圓度，即可消除磨削引起的局部微量變形，又能將內(nèi)徑粗糙度提高。

需要注意的是：在磨削過程中，盡量不要引起工件磨削表面的硬度變化，因為凡是硬度下降的部位，常有殘余拉應(yīng)力或者較小的壓應(yīng)力；而硬度增加的部位，常有殘余壓應(yīng)力或者較小的拉應(yīng)力。

4. 工藝系統(tǒng)剛性差，對磨床加工質(zhì)量影響大

機(jī)床（這里主要指磨床）、工裝、工件、刀具（砂輪）等組成的工藝系統(tǒng)抵抗應(yīng)力變形的剛性，對整個加工方案的能否成功實施有決定性影響。機(jī)床與刀具的剛性在加工過程能夠進(jìn)行控制，剩下對整個工藝系統(tǒng)剛性影響最大的就是工件與工裝。工件安裝在工裝之上，工裝在機(jī)床上夾緊。這樣的疊加裝置儼然不如一個整體零件的剛性好，也沒有一臺相互支承、反饋封閉的機(jī)床結(jié)構(gòu)剛性好。但是工裝安裝在機(jī)床上全是壓力，夾緊力又能夠人為控制。所以只剩下工件與工裝之間的剛性是最大的敏感位置。設(shè)計合理的工裝有利于提高整個工藝系統(tǒng)的剛性。

工件安裝在工裝上通過φ 1 6 0 （+0.1/0）定位，該圓公差帶減小為0.030mm（φ160（+0.035/0.005））。要求工藝平磨道序?qū)ψ蠖嗣媾c外徑基準(zhǔn)之間的位置定向公差⊥0.01mm嚴(yán)格控制。不僅保證了垂直精度，也增強(qiáng)了端面與工裝的貼緊程度，增強(qiáng)了剛性。利用平磨保證接觸平面的平面度，對工件的固定定位及公差保證至關(guān)重要，工裝如圖2所示。

結(jié)語

利用既定的工藝方案進(jìn)行加工，粗精分開和人工時效減少了內(nèi)應(yīng)力變形；定制工裝的使用提高了工藝系統(tǒng)的剛性；磨床減小切削力的擠壓變形；嚴(yán)密包裝防止沖擊力造成變形，等等。薄壁加工體現(xiàn)了整個工藝系統(tǒng)的完整性，只有在每一個環(huán)節(jié)中改進(jìn)、完善才能保證整個零件最終的精度。

參考文獻(xiàn)

［1］ 陳凱亮.連接軸軸承座數(shù)控加工工藝分析［J］.中國電子商務(wù)，2013（23）：248-248.

中圖分類號：TG385

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A