薄壁套零件加工工藝分析

姬生峰

（齊齊哈爾二機床（集團）有限責任公司銑鏜分公司，黑龍江齊齊哈爾161005）

薄壁套零件加工工藝分析

姬生峰

（齊齊哈爾二機床（集團）有限責任公司銑鏜分公司，黑龍江齊齊哈爾161005）

薄壁套類零件在加工過程中由于受材料、結構以及加工工藝等多種因素的影響，常常會出現(xiàn)廢品。以某45鋼薄壁套零件加工為例，介紹了其加工工藝過程及保護加工質(zhì)量的一系列措施。

薄壁套零件；加工工藝；加工精度

0 引言

機械零件加工工藝方案的確定通常是根據(jù)零件材料、加工難度、加工數(shù)量、現(xiàn)有的加工設備、工人技術水平等諸多因素。薄壁套類零件是切削加工中的一個難點，其剛性差、強度弱，在夾緊力、切削力和切削熱的作用下非常容易出現(xiàn)變形。薄壁套類零件作為旋轉和固定軸類零件主要承受軸的徑向力。薄壁套類零件具有質(zhì)量輕、節(jié)約材料和結構緊湊等優(yōu)點，在工業(yè)領域應用廣泛。本文僅以材料為45鋼的薄壁套筒零件為例，對薄壁套零件加工過程中的工藝進行介紹。

1 薄壁套類零件工藝分析

1.1 零件分析

圖1 薄壁套零件簡圖

圖1所示為45鋼薄壁套筒零件，其外圓加工精度高于內(nèi)孔精度，加工難點在于如何防止加工過程中的切削熱所產(chǎn)生的應力變形。該零件的內(nèi)外圓公差要求在0.13 mm以內(nèi)，內(nèi)圓表面與外圓軸線的同軸度公差為0.01 mm，如此高的精度要求給加工帶來一定的難度。對于常見的薄壁套類零件的加工，一般是采用內(nèi)外徑反復輪換定位的方式，但對于該零件的加工如果采用內(nèi)外徑反復定位的方式，肯定會由于變形量大導致產(chǎn)生廢品。

針對圖1零件，采取先內(nèi)孔后外圓的加工方式進行加工。采用內(nèi)孔進行定位的加工工藝路線是：粗車工件兩頭→粗鏜內(nèi)孔→半精鉸內(nèi)孔→精鉸內(nèi)孔→粗車外圓→精車內(nèi)圓→精磨外圓。采用該加工工藝路線可不僅能夠減少零件加工過程中的變形量，而且能夠保證零件的最終加工質(zhì)量。

1.2 夾具的選擇與設計

圖1薄壁套類零件的厚度為1.7 mm，其徑向剛度非常差，如果采用常規(guī)的三爪卡盤夾持工件的外圓，工件僅承受3個爪的夾緊力，受力點不均勻夾緊力也不均衡，在加工過程中會出現(xiàn)明顯的彈性變形甚至不可逆的塑性變形。采用三爪卡盤夾持時，在進行半精車、磨削加工后內(nèi)孔的彈性變形會被車削和磨削掉。加工前內(nèi)孔在機床上進行測量的圓度達到要求，但是三爪卡盤取下工件后，內(nèi)孔的彈性變形部分不會恢復，內(nèi)孔的幾何形狀變成多角形或者多邊形。因此為使零件上每一點的夾緊力都保持平衡，采用開縫套筒或者軟爪進行裝夾就能有效地避免其變形?？蓪㈤_縫式套筒套在工件的外圓上，采用三爪卡盤對其進行夾緊。

在進行外圓加工時，通過將徑向夾緊力改變?yōu)檩S向夾緊力的方式來轉移夾緊力的作用點進行實際的生產(chǎn)。在進行磨削的時候，采用脹式心軸夾具進行加工，也就是采用剛性瓣（3個），外圓的尺寸公差與內(nèi)孔相同，曲率半徑也要一樣。在心軸上裝有錐套，通過旋轉螺母使其向右移動，錐套給脹瓣施加徑向力，從而夾緊工件；反方向旋轉螺母可以將工件松開。采用橡皮圈來避免脹瓣與錐套、錐套與心軸之間的旋轉。

1.3 刀具角度及砂輪的選擇

薄壁套類零件的加工刀具不僅要求刃口要非常鋒利，并且要有合適的刀具角度。通常來說，使用高速鋼刀具進行薄壁套類零件的車削加工比采用硬質(zhì)合金刀具更好。高速鋼刀具要選用合適的刀具后角，避免因后角過大導致刀具強度變?nèi)?。在車削薄壁套類零件時，刀具的后角一般是4°～12°之間。另外選取刀具角度時還應該考慮工件的外形、材料和刀具的自身屬性。

進行磨削加工時應該首選較小的磨削深度，此外砂輪應該修整的粗些，并加入足夠的切削液；在進行磨削時還必須保證具有一定的光磨過程，確保零件的圓度和直線度達到設計要求。為了有效地提高砂輪的切削性能，磨料應該優(yōu)先選用黑色碳化硅，砂輪半徑應該在25～35 mm之間，減少砂輪和孔壁的接觸弧長，使磨削的溫度保持在有限的范圍內(nèi)。零件在加工完成后（特別是磨削加工之后），應該對其內(nèi)孔進行檢驗；避免由于磨削時產(chǎn)生熱量引起工件變形。對于圖1的零件由于加工材料為45鋼，為了有效降低零件表面粗糙度，砂輪的磨料粒度要適中。

2 薄壁套類零件加工方法分析

2.1 加工路線

對于精度要求較高的薄壁套類零件，將零件的粗加工、半精加工和精加工分開，可以有效控制粗加工時夾緊力、切削熱等引起的變形，有效地保證零件的精度和表面的穩(wěn)定性。

進行粗加工主要是為了將毛坯余量快速除掉，粗加工過程中應該根據(jù)實際情況選擇大的進給量和切削深度。粗加工之后要進行（半）精加工，因此對于粗加工表面的質(zhì)量要求不是很高。粗加工為后面的精加工確定了基準，精加工是完成各主要表面的最終加工，使零件的加工精度和加工表面質(zhì)量達到圖樣規(guī)定的要求。合理地分配粗加工和（半）精加工毛坯余量對于零件的加工經(jīng)濟性和公益性都具有非常重要的意義。

2.2 選擇合理的切削用量

進行機械零件加工時，應該合理地選擇切削深度和進給量，避免因為切削力的增大導致零件的切削變形增大。零件切削變形增大對零件的最終質(zhì)量影響很大。因此，必須合理地選擇切削用量，不能因為切削用量的過大導致零件的加工質(zhì)量不合格。如果將切削深度減小，而只增加進給量，雖然切削力會下降，但是工件的表面粗糙度會增大。

在進行車削精加工時，切削深度應該選擇在合理的范圍，進給量也應該盡量小。精車時的切削速度應在保證切削精度的前提下盡量高。合理地選取粗加工和（半）精加工的切削用量對于整個零件的加工質(zhì)量具有非常重要的意義。

2.3 充分澆注切削液

合理地選用切削液能夠降低切削溫度，避免工件由于受熱而產(chǎn)生變形。進行工件粗加工時選用水溶液冷卻能夠有效地降低切削溫度；精加工時由于對切削質(zhì)量的要求較高，因此要選用良好的切削液來提高加工表面的質(zhì)量。

3 結語

本文主要針對薄壁套類零件的加工工藝進行了分析，應采取有效的方法對薄壁套類零件在加工過程中可能出現(xiàn)的變形進行有效的控制。通過采取合理的防變形裝夾技術，有效減少了裝夾變形中產(chǎn)生的精度和表面質(zhì)量損失；并分析了切削力對變形的影響。在進行薄壁套類零件的加工時，應根據(jù)零件材料和具體結構，采取合理的工序（工步）、切削參數(shù)、裝夾方式、冷卻方式，從而滿足薄壁套類零件的設計加工要求。

［1］ 楊叔子.機械加工工藝手冊［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2002

［2］ 何家林.薄壁套的數(shù)控車削編程與工藝分析研究［J］.木材加工機械，2013（5）：11-12，16.

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［4］ 王大偉.薄壁套的加工方法探討［J］.科技創(chuàng)新導報，2009（6）：53.

（編輯昊 天）

TH 162

B

1002－2333（2014）05－0233－02

姬生峰（1978—），男，技師，主要從事機械設計及工藝工作。

2014-02-26