淺析薄壁套類工件的車削加工技術(shù)

滕振楠 蘇堅(jiān) 李志坤

摘? 要：薄壁套類工件加工是車削加工中較難解決的關(guān)鍵問題，本文對薄壁套類工件進(jìn)行特性分析，通過采用一種新穎芯軸技術(shù)，有效克服了薄壁套類工件加工過程中出現(xiàn)的問題，如受力變形、受熱變形、刀具磨損等，使薄壁套類工件加工的尺寸公差、形位公差達(dá)到圖紙?jiān)O(shè)計(jì)技術(shù)要求。

關(guān)鍵詞：薄壁;變形;裝夾;彈性夾套;彈性芯軸;切削力

中圖分類號：TG519? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? ? 文章編號：2096-6903（2020）02-0000-00

薄壁套類工件因重量輕、用料少、成本低同時(shí)具有緊湊結(jié)構(gòu)因而被廣泛應(yīng)用，但該類工件壁厚薄，一般在3mm以下，因此工件剛性、強(qiáng)度等較弱，在零件加工過程中受裝夾力、切削力及熱應(yīng)力等因素影響極易變形，導(dǎo)致零件加工完成后尺寸超差，所以薄壁套類工件加工是車削中比較棘手的問題

本文對薄壁套類工件加工過程中出現(xiàn)的問題進(jìn)行分析，為薄壁套類工件加工提供有效解決方案及相應(yīng)夾具。

1理論分析

車削薄壁套類工件的主要問題是變形，而產(chǎn)生變形的主要原因是切削力、切削熱和夾緊力。

1.1裝夾力對薄壁套類工件變形的影響

因工件壁薄，由于三抓卡盤的夾緊力給工件施加一個(gè)徑向力導(dǎo)致變形，從而影響工件的尺寸精度和圓柱度。

薄壁件加工時(shí)，若直接采用三抓卡盤，夾緊工件后會(huì)給工件施加一個(gè)外力，導(dǎo)致工件在徑向上出現(xiàn)變形，使之略微變成三角形。在這種狀態(tài)下車工件內(nèi)孔，能夠得到一個(gè)符合尺寸要求的圓孔，但是松開卡爪使工件處于自然狀態(tài)下后，由于自身的彈性，外圓會(huì)恢復(fù)到接近裝夾前的狀態(tài)，而內(nèi)孔則隨之變成弧形三角形，導(dǎo)致工件超差;如圖1所示。

1.2切削熱對薄壁套類工件變形的影響

任何工件在加工時(shí)都會(huì)受到切削熱影響，尤其是徑向尺寸受影響較大，而由于尺寸、材質(zhì)等不盡相同，難以掌握熱膨脹變形規(guī)律，導(dǎo)致工件加工時(shí)尺寸精度不易控制。

由于薄壁套類工件線膨脹系數(shù)大，受切削熱影響大，如按照常規(guī)零件的方法一次裝夾，然后連續(xù)完成粗車和精車，切削熱極易引起工件的熱變形，導(dǎo)致零件加工完成后尺寸超差，甚至有時(shí)會(huì)使零部件卡死在夾具上。

1.3切削力對薄壁套類工件變形影響

在切削力（特別是徑向切削力）作用下，容易產(chǎn)生振動(dòng)和變形，影響工件的尺寸精度，形狀、位置精度和表面粗糙度[1]。

2常規(guī)裝夾

圖2是材料45號無縫鋼管，?39+0.076 +0.060mm外圓、圓柱度公差為0.05mm;?38+0.041 +0.025mm內(nèi)孔與?39+0.076 +0.060mm外圓同軸度公差為0.04mm。

由圖2可看出，該工件結(jié)構(gòu)簡單，但由于壁厚較薄加工過程易產(chǎn)生變形，故?39mm的外圓對?38mm的內(nèi)孔的同軸度、?39mm外圓的圓柱度和表面質(zhì)量以及內(nèi)孔＼外圓尺寸精度，是該工件最主要的加工難點(diǎn)，根據(jù)以往加工經(jīng)驗(yàn)，用通常加工薄壁套的方法，進(jìn)行加工工件。

2.1一次成型法加工

由于工件壁薄且較長，存在嚴(yán)重讓刀現(xiàn)象，造成工件振刀無法切削，一次車削加工完成存在較大困難。工件加工讓刀情況如圖3所示。

2.2開口彈性夾套、可漲芯軸加工

由于工件壁薄，最薄處只有0.6mm左右，工件強(qiáng)度有限，而可漲芯軸作用力不能完全可控，用力不均會(huì)使精車后卸下的工件產(chǎn)生變形，造成尺寸超差。

2.3配堵頭車外圓法

（1）粗車、半精車內(nèi)孔、外圓均留加工余量。（2）將內(nèi)孔加工至尺寸。（3）將帶中心孔的堵頭塞入內(nèi)孔用頂尖頂住;然后加工至尺寸，見圖4。

由于堵頭外圓與堵頭端面中心孔同軸度無法保證（如圖5），造成加工的工件扭曲變形、壁厚不均工件報(bào)廢[2]。

用以上幾種常用方法試加工，都不能很好保證工件尺寸，為此，設(shè)計(jì)了一種特殊芯軸，確保工件的加工達(dá)到圖紙要求。

3夾具設(shè)計(jì)

通過對該工件的基本情況及加工難點(diǎn)分析，以加工便捷，成本低，操作簡單作為設(shè)計(jì)的出發(fā)點(diǎn)，設(shè)計(jì)出一種新的加工方法，配芯軸車外圓法。

3.1配芯軸車外圓法

芯軸結(jié)構(gòu)如圖6所示，芯軸右端內(nèi)孔壓入頂尖外圓柱面，并保證其為過盈配合;芯軸左端的外圓與工件精車后內(nèi)孔為間隙配合。

為保證芯軸可使用性，必須使芯軸外圓與內(nèi)孔具有一致性。因此，芯軸的加工采用配車法，具體加工方法如下：

（1）將毛呸件直接用三抓卡盤卡緊掉頭加工芯軸的兩端面，配車設(shè)計(jì)與頂尖圓柱面配合的孔，保證過盈量在0.01～0.03mm之間;

（2）將頂尖壓入芯軸頂尖圓柱面，然后將頂尖安裝于車床尾座上;

（3）調(diào)整車床尾座，保證頂尖旋出后能夠?qū)⑿据S頂?shù)娇ūP上，調(diào)整好后鎖死尾座;

（4）旋出頂尖，將芯軸頂緊在卡盤，鎖死頂尖;

（5）啟動(dòng)車床，此時(shí)芯軸隨機(jī)床卡盤一起旋轉(zhuǎn)，車削加工芯軸外圓，保證其外圓與薄壁工件內(nèi)孔有0.02mm的間隙，表面粗糙度要和零件表面粗糙度保持一致。

通過以上加工方法加工的芯軸工裝與機(jī)床加工的孔有很好的同軸度（同軸度可以做到0.02以內(nèi)），從而能滿足工件0.04mm同軸度的要求。

配芯軸車外圓法：夾持棒料一端，（1）粗車、半精車內(nèi)孔、外圓并留加工余量。（2）將內(nèi)孔加工至尺寸。（3）將壓入頂尖的芯軸塞入內(nèi)孔;然后加工外圓至尺寸，如圖7所示。

3.2工藝流程設(shè)計(jì)

針對該工件特點(diǎn)及以上工藝難點(diǎn)，聯(lián)系車間工藝裝備情況并結(jié)合對這類工件的加工經(jīng)驗(yàn)，制定以下工藝流程見表1。

配芯軸車外圓法優(yōu)點(diǎn)：解決上述三種實(shí)驗(yàn)方法存在的工件振動(dòng)、讓刀、工件易變形等缺陷。芯軸制作簡單，提高加工效率[3]。

加工時(shí)注意事項(xiàng)：加工前需將機(jī)床調(diào)整至最佳狀態(tài)，保證充分冷卻。

4結(jié)論

本文闡述的配芯軸車外圓法能滿足圖紙技術(shù)要求。通過實(shí)踐證明，采用合適的裝夾方式、選擇合理的刀具角度和切削用量、機(jī)床調(diào)整、足夠的冷卻潤滑等措施，可以保證薄壁件的加工質(zhì)量達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

參考文獻(xiàn)

[1] 韋彥成.金屬切削機(jī)床構(gòu)造與設(shè)計(jì)[M].北京：國防工業(yè)出版社，1991.

[2] 陸劍中，孫家寧.金屬切削原理與刀具[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1990.

[3] 張?jiān)齐?薄壁缸生產(chǎn)技術(shù)[M].北京：國防工業(yè)出版社，2001.

收稿日期：2020-01-15

作者簡介：滕振楠（1994—），男，河北秦皇島人，本科，工程師，研究方向：機(jī)械設(shè)計(jì)及其自動(dòng)化。