提高薄壁襯套車削質(zhì)量和加工效率的技術(shù)途徑

張?jiān)銮?/p>

摘要：在機(jī)械加工中，加工工藝和工裝的選擇直接影響到切削機(jī)床生產(chǎn)效率的高低和加工質(zhì)量的好壞，進(jìn)而影響到企業(yè)的生產(chǎn)技術(shù)水平和經(jīng)濟(jì)效益。薄壁襯套作為一種薄盤套類零件的加工產(chǎn)品，其有較高的尺寸公差和位置公差要求，通過在車床上改進(jìn)裝夾加工裝置和優(yōu)化完善刀具及加工工藝完成產(chǎn)品的各加工工序，降低了對(duì)操作員工的技能要求，刀具損耗大大降低，加工效率比原先工藝方法大大提高，廢品率大大降低，對(duì)提高企業(yè)產(chǎn)品加工質(zhì)量和生產(chǎn)效率有顯著的指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：襯套;車削;質(zhì)量;效率;途徑

0? 引言

薄壁襯套作為一種薄盤套類零件的加工產(chǎn)品，其有較高的尺寸公差和位置公差要求，主要是在圓柱內(nèi)外面、軸肩面有較高的粗糙度要求，工序較復(fù)雜，在實(shí)際加工過程中要多次更換刀具，薄壁襯套的加工質(zhì)量、加工效率及工件加工合格率得不到有效保證。原先在車床上使用的加工工藝需要多次找正工件，存在操作復(fù)雜、加工效率低的缺陷，且襯套內(nèi)孔和外圓柱面在車床的加工過程中同心度要求較高，這就要求在加工的過程中，考慮到基準(zhǔn)的統(tǒng)一，加工調(diào)試等對(duì)操作人員的要求也很高。薄壁襯套如圖1所示。

1? 車削薄壁襯套易出現(xiàn)的問題

對(duì)于這種套筒壁厚較小，具有薄盤件特征，又具有臺(tái)階軸特征的零件我們一般把它們歸類為薄盤套件。該薄壁襯套的毛坯由？覫75mm的40Cr合金鋼車削加工，在車床上粗、精車削加工時(shí)，易造成下列超差現(xiàn)象：

①Φ40mm內(nèi)孔壁厚2.5mm超差不均勻，易出現(xiàn)橢圓形變形。

②襯套左端面平面度易超差，粗糙度達(dá)不到要求。

③Φ45mm外圓尺寸精度超差，易出現(xiàn)橢圓形變形，同軸度超差。

④由于振刀現(xiàn)象，造成切削速度較慢，振紋出現(xiàn)，粗糙度達(dá)不到要求。

⑤振刀造成頻繁刃磨車刀，刀具浪費(fèi)嚴(yán)重，加工效率降低。

2? 加工超差原因分析

車削加工軸套類零件時(shí)，由于裝夾工藝和刀具的因素，零件容易產(chǎn)生變形，尤其是如薄壁襯套這樣的零件，變形問題更加明顯。究其原因主要有：加工過程中刀具產(chǎn)生的切削力和切削熱、裝夾產(chǎn)生的夾緊力、定位誤差及彈性變形等。

①在刀具選擇方面：由于我們多選用45°車刀進(jìn)行粗加工、90°車刀精加工，由圖2和圖3所示切削力受力分析特點(diǎn)可以看出，45°車刀在車削過程中有沿軸線方向形成45°夾角的反作用力推向工件，對(duì)于薄壁襯套這種不能承受較大切削力的薄壁零件，振動(dòng)現(xiàn)象非常普遍。

②在工件裝夾方面：如圖4所示三爪卡盤裝夾，是我們?cè)谲嚧采铣Ｓ玫难b夾方式，但三爪卡盤裝夾的特點(diǎn)是，三個(gè)卡爪的寬度太窄，輔助定位臺(tái)階面太小，不能給工件很好的支承，車削過程中夾持面積和輔助支承面太小，易造成工件變形。且由于是先加工好內(nèi)孔后車外圓，在一夾一頂裝夾方式下，夾緊力的方向和著力點(diǎn)都較差，工件壁厚小，造成夾緊力不足。如果加大夾緊力又易造成工件變形，出現(xiàn)外圓與內(nèi)孔成三棱子橢圓變形。

3? 具體的改進(jìn)思路及方法

針對(duì)加工過程中刀具產(chǎn)生的切削力和切削熱、裝夾產(chǎn)生的夾緊力、定位誤差及彈性變形等因素，在刀具和裝夾方面做了改進(jìn)：針對(duì)切削力和切削熱，合理地選擇適合加工40Cr材料的合金刀片，刃磨合理地刀具角度;針對(duì)夾緊力、定位誤差及變形，專門定制扇形軟爪，減小局部夾緊力引起變形，添加芯軸定位。具體方案是：

①在刀具選擇上：針對(duì)薄壁襯套這類薄壁零件的特點(diǎn)，除去考慮刀具材料外，為減小朝向工件剛性差的軸向力Fx和徑向力Fy，要控制好主偏角，如圖3所示，選取90°車刀，刃傾角取正值，刃口要刃磨鋒利，不要刃磨倒棱。保證端面平面度和粗糙度。外圓面加工時(shí)，裝夾方式改變提高了夾緊力，可大大加強(qiáng)軸向受力。

②在裝夾方式上：針對(duì)三爪卡盤三個(gè)卡爪的寬度太窄，輔助定位臺(tái)階面太小，不能給工件很好的支承，車削過程中夾持面積和輔助支承面太小，易造成工件變形的特點(diǎn)。根據(jù)三爪的自動(dòng)定心原理，如圖5所示，將局部夾緊力三爪機(jī)構(gòu)改為均勻大面積扇形軟爪夾緊力機(jī)構(gòu)，軟爪緊固到可折卸爪座上，提高了夾緊力和輔助支承面面積，減小了工件變形。

另外，如圖6所示，利用開縫套筒芯軸作為徑向支承裝夾，芯軸左端的莫氏錐柄插裝到車床主軸錐孔中，由拉桿拉緊，工件裝夾到芯軸上后，用活頂尖頂緊芯軸，芯軸漲緊配合軟爪夾緊固定襯套。減小了襯套加工過程中徑向支承不足造成的振動(dòng)，提高了徑向定位精度和表面的加工質(zhì)量。

4? 工藝改進(jìn)后的實(shí)際加工效果

通過工藝改進(jìn)后，由于重視了選擇定位基準(zhǔn)和適當(dāng)?shù)难b夾方式，提高了薄壁襯套的剛性支承，消除了車削振刀現(xiàn)象，芯軸和軟爪的配合裝夾，提高了支承力和夾緊力，但同時(shí)工件變形小了，加工的零件完全符合尺寸公差和形位公差要求，由原先大約35%的廢品率，現(xiàn)在基本避免了廢品的出現(xiàn)，而且生產(chǎn)效率提高了，生產(chǎn)費(fèi)用減少了，通過表1中僅從車刀用量、工時(shí)效益、和耗電量三項(xiàng)對(duì)比的項(xiàng)目可以看出，提高了企業(yè)的生產(chǎn)效益。

5? 結(jié)論

通過上述分析，可以看出我們的教學(xué)實(shí)踐要緊密聯(lián)系實(shí)際生產(chǎn)過程，重視加工工藝的改進(jìn)和不斷優(yōu)化，切實(shí)提高生產(chǎn)效率，給企業(yè)帶來一定的經(jīng)濟(jì)收益的同時(shí)，也鍛煉和提高了學(xué)生的分析問題、解決問題的能力。在生產(chǎn)加工中，從一些優(yōu)秀的加工工藝中借鑒好的方法，觸類旁通，對(duì)所加工的產(chǎn)品從加工工藝、裝夾、工量具以及刀具選擇都進(jìn)行科學(xué)合理的分析，真正使加工過程做到降低成本、降低能耗、提高精度、提高效率的生產(chǎn)目的。

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