內外橢圓薄壁零件的加工技巧

西北工業集團有限公司（陜西 西安 710043) 魏雪梅 王剛 王連學 徐麗

1.加工問題的提出

薄壁零件的加工屬機械加工中比較棘手的問題，內外橢圓薄壁零件的加工更是如此。原因是薄壁零件剛性差，強度弱，在加工中極易變形，致使零件的形位誤差增大，降低零件的加工質量。為此，對薄壁零件的裝夾，加工中刀具的合理選用以及切削用量的選擇，提出了特殊要求。

我們加工的內外橢圓薄壁零件為壁厚1.2mm、材料:鋁合金 (牌號 2A80)、外徑214mm、長67.9mm的薄壁零件。如圖1所示。

圖1 內外橢圓薄壁零件

技術要求如下:

(1)內壁的型線包含一個長15mm的直線段，和一個2∶1的標準圓，橢圓中心位于兩條中心線的交點。

(2)半長軸為 (105±0.05)mm，半短軸為(52.5±0.05)mm，直徑 (210±0.1)mm，薄壁2mm，圓度0.2mm。

(3)未注公差按GB/T1804.f執行。

2.工藝分析

根據薄壁類零件的加工特點及防止和減少變形的各類方法，我們在編制工藝路線時考慮了以下幾點。

(1)車加工分粗車、精車。粗車時吃刀量和進給量可取大些，精車時吃刀量和進給量選相對小些，以此消除加工時因切削力過大而引起的變形。

(2)在粗加工后精加工前增加熱處理工序。使用熱處理方法增加零件材料強度和硬度，達到改善零件受力變形狀態，從而減少精加工后的變形。

(3)選擇前角相對大一點的刀具，保持刀具鋒利，以便減小切削力。

(4)應用軸向夾緊夾具。車薄壁工件時，一般不使用徑向夾緊，而是選擇軸向夾緊，用螺母端來壓緊工件，使夾緊力沿工件軸向分布，這樣可防止夾緊變形。

(5)增加工藝肋、工藝臺。在工件裝夾部分特制幾根工藝肋或工藝臺，使夾緊力作用在肋上或臺上，以減少工件變形。

(6)加注充分的切削液。本次加工選用切削液的品牌為“嘉士多HYSOLX”，其可適用多種材料及多種加工方式，且有良好的潤濕性，可減少切削液帶出，保持刀具及工件清潔，水質適應能力強。

3.工藝制定

下料→粗加工→熱處理→精車內形→車專用夾具→精車外形→車掉工藝凸邊。主要加工設備:數控車床。

(1)粗加工。先內后外，根據零件尺寸留加工余量3mm，在距大端面 (15±0.02)mm處加工藝凸邊直徑為260mm，厚14mm。在工藝凸邊大孔端面上鉆4個孔 (M6螺紋底孔，均布)，攻4個M6深10mm。如圖2所示。

圖2 粗加工后毛坯圖

(2)熱處理。根據牌號為2A80的鋁合金的特點，對零件毛坯進行相應的熱處理，以便達到加工時的最佳狀態。熱處理過程為:530℃固溶90min，173℃時效8h，消除工件內應力。

(3)精車內形。用軟爪裝夾零件外部凸臺處，精車內形和端面以及φ211mm，凸臺距端面處0.5mm(見圖1放大圖Ⅰ)。橢圓為非圓曲線，用CAXA數控車軟件或用MasterCAM制造系統繪圖后置處理生成程序。

(4)車專用夾具 (夾具胎)。材料選用45鋼，加工的專用夾具外形包含一個長15mm的直線段，和一個2∶1的標準圓，橢圓中心位于兩條中心線的交點，半長軸為 (105±0.05)mm，半短軸為(52.5±0.05)mm，大端直徑 (210±0.1)mm，圓度0.2mm;臺階外徑260mm，厚度15mm，夾爪夾持部分φ80mm，長60mm，總長128mm。再在專用夾具凸邊處根據零件4個孔位置配鉆4個φ6.5mm孔。

(5)精車外形。用反爪裝夾精車橢圓夾具，將零件扣在夾具上，用4個螺釘聯接固定，精車外形橢圓部分。專用夾具可防止零件在加工過程中受力變形。如圖3所示。

圖3 精車外形零件的裝夾示意圖

(6)車掉工藝凸邊，零件大端外部成形 (見圖4)。加工一個尼龍頂頭，防止頂傷零件，用頂尖頂住零件，卸下4個螺釘，車掉工藝凸邊，車成5mm和9.5mm及φ214mm外圓。

圖4 車掉工藝凸邊零件的裝夾示意圖

4.結語

對內外橢圓薄壁零件來講，如何防止其在加工過程中受力變形是一個至關重要的問題。本文在這方面列舉了實例，通過工藝流程的優化，零件毛坯的熱處理，起支撐作用的夾具胎的使用以及軸向夾緊方式的采用等多方面采取措施防止和減小零件的變形。通過加工試驗驗證，上述方法有效克服了加工內外橢圓薄壁結構零件過程中出現變形，保證了零件的加工精度，為今后更好地加工此類零件提供了很好的依據和思路。