薄壁套的加工工藝研究

丁慶福

（齊齊哈爾永泰機械制造有限公司，黑龍江齊齊哈爾161000）

薄壁套的加工工藝研究

丁慶福

（齊齊哈爾永泰機械制造有限公司，黑龍江齊齊哈爾161000）

對薄壁套零件的加工難點進行了簡單說明，提出了引起加工變形的主要原因有兩點：一個是受夾具夾緊力作用產生的彈性變形；另外一個是受刀具切削熱應力作用產生的塑性變形。結合典型的薄壁套零件的加工過程，詳細闡述了有效解決該薄壁套零件在加工過程中產生加工變形的工藝方法。

薄壁套零件；加工工藝；加工變形

0 引言

薄壁套零件既有薄壁類零件的加工特點也有軸套類零件的加工特點，所以薄壁套類零件的加工對工藝設計的要求相對較高，如何設計合理的加工工藝路線是加工的重點。通常薄壁套零件在機器中的作用主要是支撐或軸向定位，另外它主要受徑向載荷的作用，軸向一般不受較大的力。由于套類零件結構較簡單、加工容易，目前已經在各個領域得到廣泛應用。薄壁類零件在加工過程中易產生加工變形的毛病，對于薄壁套零件也不例外。為了有效降低或克服加工中產生的變形，在薄壁套零件的加工過程中需要對加工工藝、裝夾方式等進行合理設計，只有合理的工藝路線和裝夾方式才能制造出質量優良、精度等級較高的薄壁套零件。

1 薄壁套的加工工藝

1.1 加工零件

本文以典型的軸套零件為例，進行加工工藝設計。如圖1所示，該零件的內徑尺寸為110.98 mm，其尺寸誤差要求為±0.05 mm；外徑尺寸為114.42 mm，尺寸誤差要求為0～-0.025 mm；長度尺寸為146 mm，無精度要求。另外，零件的內、外徑同軸度要求為0.01 mm，內、外表面也要求精加工，且外表面精度要高于內表面的精度要求。由此可知，該零件的加工等級要求較高，重點是確保同軸度和表面精度的要求。

1.2 零件的加工

圖1 薄壁套零件

由圖1可知，該零件的內外圓精度要求較高，同時內、外徑加工后還要保證一定的同軸度，這就給加工過程造成了很大的困難。在切削加工過程中，無論是定位裝夾、刀具選擇還是切削速度、打磨砂輪的選擇任何一個環節都要注意。稍有疏忽就有可能造成該零件在加工過程中發生變形，導致無法滿足內、外徑同軸度的要求。考慮到該零件的結構特點并結合薄壁零件在加工過程中需要注意的事項，可以初步確定該薄壁套零件的加工過程如下：

1）確定定位方式。通常我們在加工套類零件時會選擇工件的內、外徑輪換定位的方式，但考慮到該零件的壁厚較薄，如果采取傳統的定位方式勢必會加劇工件的加工變形，無法保證工件的精度要求。因此，結合零件的結構特點和技術要求，我們可以采取內孔定位先加工外圓的方式，以確保工件表面精度的要求，在加工中有效減少加工變形量的產生。

2）選擇合理的夾具。薄壁零件在加工過程中產生變形的原因主要有兩個：一個是切削熱應力的影響產生的變形；另一個就是在外力作用下發生的表面塑性變形。圓形工件最常用的裝夾夾具就是三爪卡盤，卡盤裝夾雖然操作較方便，但三個爪的夾緊力很難做到一致。這種裝夾方式對于該薄壁套零件的加工非常不利，因壁厚很薄、剛度較弱，再加上不均勻外力的作用勢必會造成工件的加工變形。在加工后的工件上，三個爪中夾緊力大的位置變形較大，夾緊力小的位置變形量小些。針對三爪卡盤的弊端，如果使三個或多個夾緊力能夠均勻分布，那么就會避免上述的變形情況發生。因此，我們可以采用軟爪來裝夾，軟爪夾緊力比三爪卡盤更均勻，對工件表面造成的壓力損傷也較小，更能確保工件的加工質量不受影響。

3）選擇合適的刀具。有效減小薄壁零件變形的加工方法就是采取高速切削，利用刀具的高速旋轉把加工過程中產生的熱應力及時有效地釋放出去，避免由于切削熱應力而發生的變形。另外，刀具的角度也要選擇合適。在切削加工過程中，刀具對工件表面會產生徑向作用力，在該力的作用下工件表面會發生彈性變形。因此，對以上薄壁套的加工，我們可以選擇前角大、后角相對較小的刀具，這樣可以有效降低加工過程中的摩擦，在減小切削熱產生的同時也降低了刀具對工件表面的作用力。在選擇刀具時一定要結合工件材料的特點，圖1所示零件材料為20鋼，可以選擇高速結構鋼刀具，前角取5°～20°，后角取5°～10°為宜。

4）選擇磨削用砂輪。在磨削加工選擇砂輪時，一般是根據加工零件的材料特性來確定所用砂輪的材料、直徑大小以及切削液的種類。考慮到該薄壁套零件的表面精度要求較高，且有很高的同軸度要求，在選擇砂輪時可以取直徑偏小的類型。磨削的加工過程其實就是線接觸磨削，砂輪直徑的大小直接影響砂輪與工件表面的接觸弧長大小?；￠L越大磨削中就會產生更多的磨削熱，很容易使工件的表面發生塑性變形，進而影響工件的表面加工精度。根據磨削加工的特點和該薄壁套零件的加工要求，我們選擇直徑為40 mm的黑色碳化硅砂輪，由于工件的材質是20鋼，砂輪的硬度也可以稍微降低一些。磨削的過程不宜選擇較大的進給量，且整個磨削加工過程中都要伴隨足夠的切削液。

2 薄壁套零件的加工

薄壁套零件的最大特點是壁厚較薄、整體剛度弱和機械強度較低，使得加工過程中極易產生加工變形。通過在實際加工過程中的不斷摸索，薄壁套零件加工變形的原因可以簡單地總結為以下兩方面：夾具的夾緊力作用，也稱外力作用；切削加工中產生的熱應力作用，也稱內力作用。工件在夾具夾緊力的作用下，徑向強度無法抵抗外部夾緊力的作用時，工件就會發生圓周上的彈性變形。零件在加工過程中高速旋轉的刀具和工件表面接觸時會產生很大的切削熱，由于工件壁薄極容易被熱應力穿透，從而使工件表面發生塑性變形。無論是哪種力的作用都會影響到工件的尺寸精度和表面精度。如果在加工中不能有效地解決這些問題，那么薄壁套零件的加工就很難達到技術要求。而如何確定防止薄壁套零件加工變形的工藝路線是該類零件加工的難點。

3 結語

本文以典型薄壁套零件的加工過程為例，詳細說明了有效降低或克服工件加工變形的工藝方法。即：采用合理的裝夾方式，減少外力對工件的作用；選擇合適的刀具及切削用量，減少切削熱應力對工件的影響。只有從以上這兩點出發設計出來的加工工藝路線才能夠制造出高質量、高精度等級的薄壁套零件。

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（編輯：立 明）

TH 133.3

B

1002－2333（2014）04－0250－02

丁慶福（1958—），男，工程師。

2013-12-23