高精度薄壁銅套加工方法探討

郭起勝

摘 要：本文通過加工薄壁大銅套的實例，探討通過解決夾緊變形，提高工件的形狀和位置精度，消除振紋保證表面粗糙度要求；論述使用普通車床及自制夾具加工高精度薄壁大銅套的方法，內容包括加工原理、夾具設計和制作工藝。

關鍵詞：薄壁大銅套 夾緊變形 專用夾具 振紋 形位精度

高精度銅套是重要設備維修中的常用零件，需要盡快加工以便配合搶修，盡快恢復生產。該零件材料是鑄造錫青銅，毛坯尺寸是外徑φ320mm、內徑φ260mm、長度280mm，如圖1所示。

圖1

圖2

分析：工件的內孔和外圓要求有較高的位置精度——同軸度；工件的內孔和外圓要求有較高的形狀精度——圓柱度；內外圓柱表面要求有較高的尺寸精度和表面粗糙度技術要求。

一、銅質套類零件的加工方法

套類零件的加工方法一般有以下幾種：一是采用以內孔為定位基準的芯軸定位加工，二是采用以外圓為定位基準的套定位加工，三是采用一次裝夾完成內外圓全部尺寸加工。

經分析，我們采用前兩種方法加工都不適合單件生產的情況，在費用和時間上都不適宜，因此我們決定采用一次裝夾完成內外圓全部尺寸加工的方法。如果使用這種方法，我們就必須解決夾緊銅套時所產生的夾緊力變形問題，這樣才能保證工件的形位公差，防止出現振紋。鑄青銅材料的剛性差，在采用一次裝夾加工時，裝夾部位短，工件伸出長，為保證裝夾穩定就需要用很大的夾緊力夾緊工件，這樣工件就很容易變形。因此，我們首先在車床卡爪夾緊的位置設計增加一個外圓與工件工藝內孔過盈配合的支撐蓋，加緊工件后加工內孔和油槽，然后再增加另一個與銅套內孔過渡配合、與中心孔同心的支撐頂蓋，用活動頂尖頂住支撐頂蓋加工外圓，如圖2所示。這樣通過使用兩件輔助夾具裝夾，我們就可以解決因銅套過長和薄壁加工易變形、易產生振紋的問題，最后用低速切斷工件，實現了一次裝夾加工。加工支撐蓋和支撐頂蓋所用的是20mm厚鋼板，材料是A3。在加工支撐蓋時可以按正常方法加工，但在加工支撐頂蓋時一定要在一次裝夾中加工好所有外圓尺寸和中心孔，確保外圓與中心孔的同軸度。

二、銅質套類零件的加工程序

銅套的加工方法如下（采用C6163車床加工，三爪卡盤反爪裝夾）。

第一，加工端面，車平即可；加工工藝內孔φ264.98±0.01，長度30mm；加工外圓φ315mm，長度30mm，外圓用于裝夾定位的精基準，以減少定位誤差，保證定位穩固。加工的工藝內孔與圖2中的支撐蓋之間屬于過盈配合，最大過盈0.04，最小過盈為0，這樣可以保證工件不會因為夾緊力而產生變形。

第二，把支撐蓋裝入加工好的φ264.98±0.01內孔中，要保證端面接觸位貼實。反爪裝夾φ315mm外圓，然后車平端面。注意：要保證工件端面貼平卡爪面，從而保證六點定位，限制工件的六個自由度。這樣才能保證定位基準、定位元件的精確度，為以后使用支撐頂蓋頂住加工創造條件。因為一夾一頂屬于重復定位，只有在定位基準、定位元件精度很高時，才能允許這樣的重復定位，它對提高工件的剛性和穩定性有一定的好處。在這件銅套加工的裝夾中，就是因為這一頂對穩固裝夾起到了很大作用，既消除了振紋，又保證了外圓的表面粗糙度要求。

第三，粗車內孔至φ279.6mm，長度255mm。加工內孔兩條油槽。

第四，半精車內孔至φ279.8mm，長度252mm。在工件完全冷卻后，仔細測量，再精車好φ280.07±0.01內孔，長度252mm，倒角2×45°，用金相砂紙拋光。這里要強調的是工件要完全冷卻，目的是消除熱脹冷縮對尺寸的影響，尤其是在使用這種膨脹系數大的有色金屬材料時更要注意。

第五，把支撐頂蓋裝入工件的φ280.07±0.01內孔，再用活動頂尖頂住支撐頂蓋，然后加工外圓，如圖2所示。粗車外圓至φ300.6mm，長度255mm。支撐頂蓋和工件φ280.07±0.01內孔之間屬于過渡配合，最大間隙是0.03和最大過盈是0.01，這樣有利于提高工件的加工剛性、防止產生振紋、提高工件表面粗糙度和保證形位公差。

第六，加冷卻液。在工件完全冷卻后，精車外圓至φ300.03±0.01，長度251mm。

第七，為解決鉗工裝配銅套的困難，在征求技術員的同意后，我們在外圓的一端增加了導引部分，即車外圓φ299.94±0.02，長度30mm，倒角2×45°。

第八，低速切斷，確保長度249.9±0.1mm。切下時注意用包裝箱紙板墊在中拖板上，防止零件落下時摔壞變形。

第九，將切斷端面的內外圓倒角2×45°，裝夾時用支撐頂蓋撐住內孔。加工完后取出支撐頂蓋。

三、刀具幾何角度和切削用量的選擇

刀具幾何角度和切削用量的選擇：用C6163車床先加工支撐蓋，后加工支撐頂蓋，使用的車刀是YT5硬質合金外圓車刀和切槽刀。最后使用YG6硬質合金車刀加工銅套，粗車時車刀選用平面型前角γ=6°、后角α=6°，主軸轉速n =144r/min、走刀量f=0.2mm/min；半精車和精車時選用較大的前角和后角：γ=15°、α=10°，主軸轉速240r/min、走刀量0.1mm/min。

我們按照確定好的加工方法，順利完成了銅套的加工，經檢測，完全達到圖樣上的各項技術要求，而且鉗工安裝順利，通過試機驗證，完全達到了維修要求。

薄壁套類零件的加工方法各種各樣，各有優缺點，我們根據零件的精度、形狀、大小、產品的數量決定加工方法，盡可能以最少的投入，取得最好的效益。

（作者單位：韶關市技師學院）