薄壁零件數控車削加工工藝分析

趙紅昭

[摘 要]在機械加工制造過程中，薄壁零件的數控加工是常見的加工形式之一，其加工工藝的選擇對于加工精度具有十分重要的作用。文章就此探討了薄壁零件數控車削加工工藝內容，具體工藝方案分析參考文章內容。

[關鍵詞]薄壁零件；數控車削；加工工藝

金屬薄壁零件具有結構緊湊、重量輕以及節省材料等的特點，其在生產過程中得到了廣泛應用。由于零件壁薄，強度較弱，剛性差，導致其在加工過程中容易出現變形現象，質量難以保證。因此，在實際加工的過程中，加工人員需要設計專用的工裝夾具，制定出切實可行的加工工藝措施，以減少加工變形，保證工件的加工質量，提高加工效率。

一、影響薄壁零件加工精度因素分析

影響薄壁零件加工精度的因素是多方面的，機床、刀具、工件以及工件的裝夾、切削過程的切削力、切削熱等都會引起零件的加工誤差。具體因素分析見圖1所示。

二、薄壁零件的工藝分析

某型號產品的薄壁套筒零件見圖2。該零件為小批量生產，材料為1Cr18Ni9Ti，毛坯為￠110mm×180mm，長度公差為±0.3mm，表面粗糙度為1.6μm，最薄壁厚僅為0.3mm，是一個典型的薄壁零件。

加工難度分析：

該零件的加工材料屬于不銹鋼，其切削加工性較差，相對可切削性約為0.3～0.5之間，是一種難切削材料，其難加工性主要表現在為：首先，塑性、韌性、延伸率、斷面收縮率和沖擊值都較高，所以切屑不易切離、卷曲和折斷，切屑變形消耗的能量增多，且大部分能量轉化為熱能，使切削溫度升高。其次，高溫強度和高溫硬度高，在700℃時仍不能降低其機械性能，故切屑不易被切離，切削過程中切削力大，刀具容易磨損。再次，加工硬化傾向高，這就增加了工件切削時的摩擦、磨損和切削力，容易使刀具磨損，影響工件的表面粗糙度。最后，切削過程中容易粘刀，形成積屑瘤，從而影響零件表面的加工質量。

該零件筒壁厚度不均勻，最薄壁厚僅0.3mm，最厚處也不過0.9mm。采用常規裝夾方法，變形太大，難于保證其尺寸精度，需設計專用工裝夾具。

三、加工工藝方案制定

1.加工設備選擇。根據零件選用的材料及加工精度和形狀的要求，選用SINU-MERIK802D數控系統的CK6140型四工位回轉刀架數控車床進行加工。

2.工裝夾具的設計方案。通過對零件分析，加工人員需要設計出一套可以外夾也可以內卡的專用夾具。當加工零件的外輪廓時，其利用專用夾具支撐起整個內壁；當加工內孔時，裝夾零件的外圓。設計一個與內外圓周接觸面較大的夾爪，使用原有機床上的卡盤，將夾爪安裝在卡盤上，沿用機床本身的氣壓夾緊，增大夾具與工件的接觸面積，減少加工變形的產生。

3.刀具的選擇。薄壁管零件在車削的過程中，合理使用刀具的幾何參數對車削時產生的熱變形、切削力的大小還有工件表面微觀質量都是非常重要的。主要考慮以下幾點的影響：

第一，前角的影響：前角增大，則切削力就變小，進而使得切削變形和摩擦力減少，但是前角過大，楔角減小，刀具強度減弱，導致刀具散熱變差，磨損加快；

第二，后角的影響：刀具后角增大，刀具摩擦力變小，切削力也變小，但后角過大，會減弱刀具強度；

第三，主偏角的影響：改變主偏角的大小可以調整徑向切削分力和軸向切削分力之間的比例，主偏角增大時，徑向切削分力減小，軸向切削分力增大，車薄壁零件內外圓，一般選取較大主偏角；

第四，其他參數的影響：在進行精加工的時候，要求其刀柄剛度要高，車刀的修光刃不能夠太長，且車刀刀刃一定要鋒利。其具體的選擇如表1所示。

4.切削用量的選擇。在進行薄壁零件的加工過程中，若是切削用量選擇的不合理，則很容易產生表面應力，影響工件的表面質量，并且還會產生大量的切削熱，增大工件的變形程度，所以切削用量的選擇至關重要。對于該零件，鏜內孔和車外圓時取線速度為120～150m/min；粗加工進給速度取0.2～0.3mm/r，精加工進給速度取0.05mm/r；粗加工背吃刀量取1～2mm，精加工背吃刀量取0.2～0.5mm。

5.走刀路線確定。為保證內外輪廓尺寸要求，綜合考慮走刀路線先加工內孔，再利用芯軸固定，加工外圓輪廓。

6.加工工序確定

第一， 三爪卡盤，夾持外圓，粗車左端面；第二，粗車外圓￠102mm長127mm；第三，調頭裝夾定總長152mm；第四， 粗車外圓臺階輪廓￠71*25mm第五，鉆通孔￠66至155mm長；第六，擴孔至￠98mm；第七，半精車去除內孔余量全部預留0.5mm，便于精加工；第八，精加工內孔至圖樣尺寸；第九，裝上漲力芯軸，把作為裝夾基準，半精加工外形面留0.3mm余量。第十，精加工外圓￠69.8、￠100.7mm。

四、結語

綜上所述，在進行薄壁零件加工的過程中，為了減少加工變形，提高加工精度，相關加工人員需要設計出合理的加工方案，在確保加工質量的基礎之上，提高加工效益。

參考文獻：

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[2]張祥.數控加工工藝設計原則及步驟分析[J].內燃機與配件，2017（8）：84-85.