某薄壁零件車削加工工藝研究

湖北三江航天江河公司 (遠安 432100)李換朝 胡增建 張 雷

我公司加工的某一工件，如圖1、圖2 所示。通常該類零件均用模具沖壓成形，但由于該零件材質為2A12，壁厚 (0.8 ± 0.02)mm，表面粗糙度值Ra=1.6μm，尺寸精度、幾何形狀、壁厚均勻性、表面粗糙度及各表面之間的相互位置要求都很高，模壓很難保證，因此我公司采用車加工成形。但如此高難度的薄壁零件車削存在一定難度，經過反復思考后通過合理安排工藝路線和設計輔助夾具，車削出的零件各項指標均滿足要求。

圖1 工件

圖2 工件三維實體

1.工藝分析

該零件采用車削加工存在以下難點:

(1)工件無法裝夾 從圖1 中看出該零件內外型面均為錐面，卡爪無法裝夾。

(2)受切削力的作用 容易產生振動和變形，影響工件的形狀、精度和表面粗糙度。

(3)受熱變形 由于該零件的材質為鋁制，線膨脹系數大，加上壁厚僅為0.8mm，切削過程中產生的切削熱導致尺寸和精度很難控制。

2.工藝流程

針對以上難點，我們采取以下工藝措施，選擇恰當的基準面。考慮零件加工的可行性，確定零件加工的工藝基準面為A 面，如圖1 所示。制定可行的工藝方案及路線，通過預留工藝夾頭先將A 基準加工成形，然后利用A 基準定位加工出另一面，即凹槽面。充分考慮加工工藝后確定凹槽面的加工須分兩次裝夾才能完成。同時考慮該零件變形大，每步半精加工和精加工前均安排時效工序，確保加工應力得以完全釋放，具體見工藝流程及工藝流程圖3。

工藝流程為:毛坯預處理→臥車粗車端面及內孔→臥車粗車凹槽→時效8h→利用工藝夾頭裝夾，數控半精車A 基準端面→裝夾不變，數控半精車A基準內孔→時效8h→裝夾方法不變，數控精車A 基準端面及外圓(φ136 ±0.02)mm→數控精車A 基準面內孔→時效8h→利用A 基準面與輔助夾具Ⅰ定位，頂板配合將其固定，數控半精車部分凹槽→時效8h→裝夾方法不變，數控精車部分凹槽→時效8h→利用輔助夾具I 裝夾定位，將頂板換為輔助夾具Ⅱ，去除工藝夾頭→裝夾方法不變，數控半精車其余凹槽部分→時效8h→裝夾方法不變，數控精車其余凹槽部分。

圖3 工藝流程

3.夾具設計

進行凹槽半精加工和精加工工序時，工件的剛性已經很弱，無法進行裝夾，我們通過輔助夾具Ⅰ和Ⅱ解決該難題。

(1)輔助夾具Ⅰ 結構如圖4 所示，夾具I 的內型面作為工件的定位面，為此內型面形狀與工件的A基準面一致。為確保工件的定位準確，內型面與夾頭的同軸度為φ0.03mm，各配合面配合間隙不大于0.02mm。除此之外，外圓設計螺紋用于下步工序與輔助夾具Ⅱ聯接。

工件裝入輔助夾具Ⅰ后，如圖5 所示利用普通自定心卡盤裝夾，再利用頂板和回轉頂尖對工件進行軸向固定并可實現部分凹槽的半精加工和精加工(見圖3g、h)。

圖4 輔助夾具I

圖5 輔助夾具Ⅰ裝配示意圖

(2)輔助夾具Ⅱ 若按之前裝夾方法將凹槽的剩余部分加工成形，由于工件壁厚僅有 (0.8 ±0.02)mm，軸向剛性很差，在頂板頂緊和切除工藝夾頭的過程中會產生翻邊、變形，無法滿足工件的精度要求。為此我們改變裝夾方法，因此新設計了輔助夾具Ⅱ。

輔助夾具Ⅱ結構如圖6 所示。內孔設計內螺紋用于與輔助夾具I 聯接，同時與工件凹槽配合處設計相同的錐面。為了剩余凹槽部分的加工時讓刀，輔助夾具Ⅱ的內孔徑D 比待加工凹槽直徑大10mm，圓周面設置螺紋孔便于裝卸。

當工件裝入輔助夾具Ⅰ后，將輔助夾具Ⅱ與輔助夾具Ⅰ擰緊，通過輔助夾具Ⅱ上的端面和錐面將工件最大限度地壓緊固定(見圖7)。最后利用普通自定心卡盤裝夾即可進行工藝夾頭的去除及剩余凹槽的半精和精加工。

圖6 輔助夾具Ⅱ結構示意圖

圖7 輔助夾具Ⅰ、Ⅱ裝配示意圖

4.其他工藝措施

(1)選擇合理的切削用量 為盡量減少切削力對工件質量的影響，每步精車工序分3 次進刀，每次進刀前首先測量所剩余量，單邊背吃刀量不超過0.2mm。最后一次進刀前，先將工件從機床上取出，待其恢復自由狀態后再進行最后一次精加工。

(2)數控車削 在對刀時，徑向基準和軸向基準全部選擇工件上的同一基準面，消除了由于對刀誤差造成的加工誤差。除此之外，巧妙利用數控車恒線速度G96 指令，通過計算刀具間隔工件中心的位置來改變轉速，使工件瞬間位置與切削刃保持恒定線速度，確保了工件表面粗糙度值Ra=1.6μm 的要求。

(3)加工中選擇切削液230 有效解決了切削過程中產生的切削熱，較好地保證了零件精度。

5.結語

我們利用該方法一共加工了6 件該零件，每件零件的尺寸精度、幾何形狀、表面粗糙度均滿足圖樣要求。該種加工方法為我公司后續同一類薄壁件的加工提供了寶貴經驗。