3.4 m立車加工薄壁筒節(jié)工藝研究

葫蘆島濱海水電大件制造有限責(zé)任公司（遼寧 125004）萬海濤 張順延

渤船集團渤船機械工程有限公司（遼寧 125005）劉 勝

薄壁筒節(jié)是某產(chǎn)品的關(guān)鍵工件，其材料特殊、直徑較大、筒壁較薄且尺寸加工精度高。特別是工件焊后殘余應(yīng)力、筒節(jié)彈性變形的不穩(wěn)定回彈、切削不同硬度分布區(qū)域產(chǎn)生的動態(tài)切削力以及大的刀具懸伸量等不利因素，都容易使工件加工時產(chǎn)生過大的變形和振動，進而影響筒節(jié)的加工質(zhì)量及精度，很難達到圖樣的設(shè)計要求。

薄壁筒節(jié)制作過程復(fù)雜，其工序為：板材下料、煨彎、焊接、校圓、時效振動處理及加工，加工是最后的關(guān)鍵工序。

1.薄壁筒節(jié)加工分析

（1）薄壁筒節(jié)（見圖1）的技術(shù)要求：高度偏差為±0.5 m m；坡口角度為±1°；坡口留根±0.5 mm；加工面不平度0.5 mm；表面粗糙度值Ra≤12.5 μm；筒節(jié)圓度公差1 mm（見圖2）。

（2）加工難點分析：此工件屬薄壁大型零件，用三段圓弧厚度60 mm的高強鋼焊接而成。內(nèi)、外圓的加工余量均為5 mm，一般大型圓筒類工件加工單面余量都在10 mm以上。通過研究圖樣，確定工藝沒有難點，但是實際加工過程中的尺寸控制相當困難。主要體現(xiàn)在加工過程中的變形量，加工余量較小，加工后圓度的變形量在3～6 mm。由于變形大，使筒節(jié)表面加工不完全，局部點或面將留有黑皮，導(dǎo)致壁厚不均勻。如不采取有效的控制措施，則遠遠達不到圖樣要求的筒節(jié)圓度公差1 mm，同時圖中的上、下端面坡口角度也達不到尺寸要求。

2.加工工藝

（1）劃線：筒節(jié)加工前需在平臺上檢測上道工序制作精度。劃出內(nèi)、外圓加工線、十字中心線以及端口水平線。調(diào)整筒節(jié)垂直度，同時兼顧端口水平。以筒節(jié)內(nèi)表面為基準，找出筒節(jié)圓心，然后以此圓心為基準，劃一條內(nèi)圓加工線。檢查各部位加工余量是否均勻，若不均勻則調(diào)整筒節(jié)圓心，直至均勻為止。以調(diào)整好的筒節(jié)中心為基準，劃筒節(jié)內(nèi)、外圓加工線，必須保證最小壁厚。以上部繪制好的內(nèi)、外圓加工線為基準，用2 m角尺或線錘吊線，檢查筒節(jié)下部內(nèi)、外圓加工余量是否足夠。如有偏差，視偏差情況適當調(diào)整筒節(jié)垂直度。在上端面400 mm處繪制一條水平線，筒節(jié)上立車后，以此線為基準進行找正。

（2）吊裝：在筒節(jié)上端面均勻分布3個吊點。筒節(jié)吊到立車工作臺，使筒節(jié)4心在工作臺的兩個互相垂直梁上，調(diào)整筒節(jié)使其中心與工作臺中心重合。

圖1

圖2 加工圖樣

（3）中心定位：將百分表安裝在刀架上，在筒節(jié)外表面端口線處打表，按8個卡盤位置測量并調(diào)整，滿足±1.5 mm時固定，同時測量筒節(jié)上、下心重合度，滿足±0.5 mm。

（4）水平固定：將劃針固定到刀架上，指正筒節(jié)端口加工線，以8個卡爪位置，用劃針跟蹤端口加工線，用小型千斤頂調(diào)整筒節(jié)高度，劃針尖與端口加工線重合，滿足1 mm時固定。

（5）緊固：調(diào)整合格后，頂緊夾爪工裝，夾緊螺栓。注意夾緊時僅對應(yīng)螺栓夾緊。由于是粗加工，夾爪力度可稍大一些。

（6）粗加工內(nèi)、外圓：由于3.4 m立車刀架的行程為1.2 m，對筒節(jié)內(nèi)、外表面無法一次加工完成，所以只能二次裝夾，分段車削。粗車過程中，保證內(nèi)、外圓各留有2 mm加工量，并且粗車后，做好各點的尺寸記錄。由于分段焊接后，3道縱縫的焊肉高出筒節(jié)表面，加工過程中屬于間斷切削，所以在未加工到筒體表面時，采用較小的轉(zhuǎn)速及進給量。粗車過程中，每加工一刀，應(yīng)將卡爪松開，釋放出應(yīng)力后再裝夾；每加工一刀，都要翻身裝夾，進行下部分的加工，往復(fù)幾次，直到內(nèi)、外圓各有2 mm加工余量為止。

（7）精車：當內(nèi)、外圓半徑方向上各留有2 mm加工余量時，對筒節(jié)進行精加工（見圖3）。

精車采用專用自制工裝——花盤將其裝夾固定。先將花盤用螺栓固定到原卡盤上，再將工件用花盤裝夾。為減少應(yīng)力及裝夾變形量,在花盤上加工出16個向心的梯形槽,每兩個為一組,做為卡爪的定位槽，使工件的夾緊力設(shè)為8點。與原4個卡爪相比,夾緊力較小,使筒節(jié)變形量能控制在公差范圍內(nèi)。3.4 m立車原設(shè)計為4個夾爪，對于薄壁套來說，受力點較少，裝夾變形較大，筒節(jié)產(chǎn)生變形。當最小預(yù)緊力F1=180～190 N（見圖4）時,直徑變形量為1.6 mm，無法滿足圖中尺寸公差1 mm的要求。而采用花盤的裝夾方式，8點的預(yù)緊力最小為F2=150～160 N（見圖5）時，筒節(jié)的最大變形量為直徑0.6 mm，能夠滿足要求。原立車4點預(yù)緊力及花盤8點預(yù)緊力及變形分析如圖4、如圖5所示。

精加工是整個加工過程中最重要的一個環(huán)節(jié)，加工過程如出現(xiàn)打刀或刀具磨損，將直接影響加工表面質(zhì)量和尺寸精度，因此刀具材料的選用和合理的刀具幾何角度尤為重要。根據(jù)粗加工時總結(jié)出的材料特性和加工經(jīng)驗，刀具選用90°YT15車刀，刀具的刃傾角為正值，且采用較小的主偏角。由于精車過程中要避免停車換刀產(chǎn)生接刀痕，所以對刀具的刀尖強度要求較高，要求具有較好的散熱性能，并要有過渡刀刃，刀刃的偏角為主偏角的1/2。卡盤轉(zhuǎn)速為8 r/min，進給量為0.5 mm/r，切削深度為0.5 mm。

加工距上端面1000 mm范圍內(nèi)的內(nèi)孔及外圓時，保證內(nèi)、外圓各留有1 mm加工余量，記錄筒節(jié)8個夾爪相對位置的實測尺寸并做好標記。將夾爪松開進行應(yīng)力釋放，將工件自然狀態(tài)下放置在花盤上，測量出此時的數(shù)據(jù)。實測結(jié)果顯示兩次測量結(jié)果不同，最大差值為0.40 mm。再次將筒節(jié)進行裝夾，各點夾爪的夾緊力控制在150～160 N范圍內(nèi)（用力矩扳手）。將筒節(jié)上部分內(nèi)孔、外圓及上端面坡口加工成品。將工件在空中翻身并裝夾，進行下部分的加工。裝夾前以已加工的部分筒節(jié)內(nèi)孔及外圓找正，保證軸向及徑向各點的位置度在0.5 mm范圍之內(nèi)。按加工上端部分的方法加工下端面及坡口，直至成品。加工過程中要實時監(jiān)測，避免刀具損壞及排屑不及時對已加工表面造成的影響。

圖3

圖4 普通4爪卡盤裝夾力分析圖

圖5 花盤八爪卡盤裝夾力分析圖

3.結(jié)語

通過采用花盤8 點的夾緊方式，并結(jié)合反復(fù)換面裝夾，減少了薄壁筒節(jié)加工過程中的變形，使筒節(jié)圓度公差控制在1 mm之內(nèi)。合理地選擇刀具材料及幾何角度，能夠有效地避免打刀和刀具磨損等現(xiàn)象，使加工表面質(zhì)量和精度得以保證，從而保證了薄壁筒節(jié)的質(zhì)量，縮短了生產(chǎn)周期。

[1]曾正明，吳清寒，等.機械工程材料手冊[M].北京：機械工業(yè)出版社，2003.

[2]蔡春源，汪愷，等.機械設(shè)計手冊[M].北京：機械工業(yè)出版社，2000.