薄壁殼體車削加工技術

2015-02-18 02:43:05中國工程物理研究院機械制造與工藝研究所四川綿陽621900王俊峰

金屬加工(冷加工) 2015年3期

■中國工程物理研究院機械制造與工藝研究所（四川綿陽 621900）王俊峰李凱馮婧

薄壁殼體車削加工技術

■中國工程物理研究院機械制造與工藝研究所（四川綿陽 621900）王俊峰李凱馮婧

摘要：本文針對薄壁零件的加工，詳細分析了薄壁回轉腔體的結構特征和加工難點，通過制定合理的工藝路線及加工裝夾方案，優化切削參數及刀具切削路線，有效解決了工件的變形問題，保證了零件的形狀精度和位置精度。用此裝夾方法定位精度高，穩定可靠，可提高零件的合格率，對提高產品質量有很大的推廣意義。

1. 零件分析

殼體零件為回轉體零件，其結構如圖1所示，材料為2A12，該零件為薄壁件，大外圓最大壁厚為2mm，剛性較差。在加工過程中如果裝夾不當，在夾緊力作用下工件容易產生變形，從而影響工件的尺寸精度和形狀精度；加工中產生的切削熱會引起工件熱變形，從而使工件尺寸難以控制；此外在切削力的作用下，加工時容易產生振動和變形，影響工件的尺寸精度、形狀精度、位置精度和表面粗糙度。

圖1　殼體零件

由圖1可知，該零件幾何精度要求很高，左端小端面、內孔φ15mm小臺階面及R170m外圓對φ10mm內孔的跳動為0.002mm，是加工中需要重點控制的要素。

2. 零件加工工藝

由于該殼體零件精度要求較高，且為薄壁件，必須采用粗車、半精車及精車的加工方式，并在加工過程中進行熱處理工序，去除工件內應力。加工時根據零件特征及精度要求，首選高精度數控車床進行精加工。具體車削精加工步驟如下：①精加工φ46mm、φ15mm內孔，半精加工φ10mm內孔，留適當精加工余量，φ15mm臺階面留適當精加工余量。②半精加工R170mm外圓，留適當精加工余量。③調頭半精加工小端端面、φ17mm外圓及大端面。④精加工φ10mm內孔及φ15mm小臺階面。⑤精加工外形達尺寸要求。

3. 車削精加工工裝設計

工件為薄壁件，其材料2A12加工時受溫度影響較大，用常規方法（如自定心卡盤、心軸等）裝夾容易導致工件變形，裝夾及加工不便，精度無法得到保證。由于真空吸具裝夾受力小，裝夾精度高，裝卸方便，最終采用真空吸具進行裝夾。為此設計專用吸具工裝，如圖2所示。

圖2　吸具工裝

為了保證工件在吸具上裝夾牢靠，吸具工裝必需有足夠大的空腔，所以在工裝軸向和徑向均打通孔，軸向做兩組端面槽，徑向預留單邊3mm的空腔；零件裝

夾后以工裝φ46mm外圓及其左端面定位，其中φ46mm外圓與零件內孔配車，配合間隙控制在0.005mm以內，以保證重復裝夾定位準確和便于找正（見圖3）。

4. 車削精加工刀具設計

由圖1可知零件幾何精度要求極高，其中左端小端面、內孔φ15mm小臺階面及R170mm外圓相對φ10mm內孔的跳動為0.002mm，且φ15mm內孔小臺階面與外圓及小端端面看似只有經過二次裝夾才能進行加工，但如果二次裝夾則很難保證加工精度達到要求，一次裝夾加工又沒有合適的加工刀具來加工φ15mm內孔小臺階面。經過分析，只有在一次裝夾下加工φ10mm內孔及所有外形，并設計專用反鏜刀加工φ15mm內孔小臺階面，才是最合理的選擇。

根據零件材料及特征，設計專用反鏜刀進行加工內孔φ15mm小臺階面。設計刀具如圖4所示。

刀具設計既要保證加工時不干涉，排屑順利，又要保證刀具鋒利，同時有足夠的剛性，以滿足加工后的精度要求。加工時刀具要經φ10mm內孔進入φ15mm內孔反向鏜削φ15mm小臺階面，為保證加工時刀具與工件不干涉，又不失刀具剛性，刀頭最大尺寸為8.5mm（小于內孔10mm），刀背距刀尖中心高4mm，刀肩寬5mm；小臺階面單邊深度2.5mm，所以設計刀具刃長3mm，保證加工時不干涉。刀具主偏角93°、刀尖角35°、前角10°、后角7°及刀尖圓弧半徑R0.2mm，保證刀具足夠鋒利，加工時排屑順暢，切削抗力小、無振動，使工件具有良好的表面粗糙度（見圖5）。