薄壁件加工工藝

■北京南口軌道交通機械有限責任公司鐵路配件廠 （102202） 王志國

薄壁件加工工藝

■北京南口軌道交通機械有限責任公司鐵路配件廠 （102202） 王志國

摘要：分析薄壁零件結構及加工難點，改進加工工藝路線，經批量加工驗證，成品尺寸和形狀位置精度均符合圖樣要求。

1. 零件結構

我廠加工風電齒輪箱的一種零件滑環軸環，材質為18CrNiMo7–6，毛坯為鍛件，外圓直徑140h8（0-0.063）mm，內孔直徑130js（±0.013）mm，壁厚為5mm，寬度為22mm，且還有兩個直徑為135mm的內環槽，環槽處壁厚只有2.5mm。零件技術要求外圓要滲碳淬火，硬化層深度為0.4～0.8mm，硬度達到58～62HRC，同時還要求內孔圓柱度0.012mm，外圓對內孔的全跳動0.03mm。零件結構如圖1所示。

2. 加工難點

由圖樣和技術要求可知，此零件加工有3個難點：①薄壁件壁厚5mm，要求內孔圓柱度0.012mm，外圓相對內孔的跳動0.03mm。②內孔有兩個環槽，而且深度是壁厚的一半，車內環槽切削力很大，無疑是給薄壁件加工保證精度增加了難度。③零件外圓要求滲碳淬火，硬度58～62HRC，同時車去碳層的內孔的硬度也在35HRC左右。

圖1　滑環軸環

3. 工藝路線改進

一般的環類零件有兩種加工方案：一種是一個毛坯出多件零件，直接夾著車削端面、外圓和內孔及切斷，然后掉頭車端面就可成活；另一種是一個毛坯出一個零件，先車內孔或外圓和端面，掉頭車相應的外圓或內孔及端面成活。顯然，根據滑環軸環圖樣的同軸度要求，且薄壁件熱處理易變形，淬火工序外圓留量很小也要求控制熱處理變形，所以第一種加工方案更加適合（多件毛坯熱處理變形量會減?。５乔袛鄷r淬火后硬度達到58～62HRC，需要線切割，雖然線切割成本高一些，但考慮到零件精度和熱處理變形，并且線切割過程零件不受切削力，在保證產品質量的前提下，還是可以接受的。

開始試制的過程中備料為環料，工藝過程為：①備鍛件料→②車環料→③滲碳處理→④車碳層→⑤淬火處理→⑥精車一端成活→⑦切斷→⑧掉頭車端面→⑨去毛刺。在加工過程中要求滲碳層深度，工序②粗加工外圓尺寸就給精車留量0.5mm，即外圓尺寸140.5mm，精車時，雖然端面內孔已經車去碳層，但滲碳淬火后內孔的硬度也在35HRC左右，車內孔環槽的切削力又很大，所以在工序⑥精車時的裝夾力很大，需要液壓卡盤的壓力為15kg/cm2。這樣裝夾后，外圓變形量超過0.5mm，導致車削外圓時只能車削到三點，與三爪對應的三點因變形而車削不到。減小到最小裝夾力，可以避免以上情況，車削后卡盤松開，用外徑千分尺測量，外圓和內孔變形已經超差很多，達不到圖樣要求。

經分析，備料環料是一塊毛坯出多件零件，雖然切斷避免了直接裝夾，但是夾緊力過大，變形太多。為了解決這一問題，改變鍛件的結構（見圖2），在環料一端改為盤結構，增加裝夾工藝端，裝夾此部分進行加工，效果

和裝夾實心軸接近，可以明顯減少裝夾變形。

圖2　改進后鍛件粗車圖

還是按原來的工藝路線加工，精車完，用外徑千分尺測量，外圓和內孔尺寸沒有出現超差現象。線切割切斷，掉頭車端面并倒角。三坐標測量結果圓柱度和跳動還是超差。超差的原因可能有兩種，一是工序⑥精車的時候雖然減小裝夾力，但是零件還是受影響，測量尺寸不超差，但是多次測量一周還是發現圓柱度不理想；二是工序⑧掉頭車端面時裝夾外圓破壞了原來的圓柱度。為了證實推斷，3件是精車后不進行切斷直接去測量，3件是掉頭車削后，成活去測量，結果兩種都超差，但是后者超差更嚴重。前者是超0.02mm左右，后者是超0.1mm左右。由此得出結論：工序⑧裝夾外圓嚴重地破壞了原來工序⑥精車的圓柱度。

由于內環槽與內孔外圓沒有嚴格的同軸度要求，為了避免超差現象，經過考慮和論證，原來工序⑥精車把環槽車到尺寸φ135mm，內孔留0.5mm，外圓不車，還是0.5mm的加工量。然后切斷，掉頭精車端面、外圓和內孔。此時為了避免裝夾力引起的變形，根據經驗經討論，最終確定用超強力永磁吸盤（此種吸盤吸力大，同時精車留量也比較小，為0.5mm）吸附已車端面進行掉頭車削，改徑向夾緊為軸向吸緊，此種方法避免了徑向裝夾力變形，同時內孔和端面、外圓是一次裝夾一道工序一次車削完成，也符合精基準選擇統一基準的原則，保證了內外圓的同軸度及中軸線和端面的垂直度。

調整后的工藝路線為：

（1）備料鍛件：符合鍛件性能要求和圖樣要求，留有裝夾工藝端（見圖2）。

（2）粗車鍛件：內孔和端面留出車碳層的量（見圖2）。

（3）半精車外圓：考慮滲碳層有效深度，給精車留量0.5mm。

（4）滲碳處理：零件外表面全部滲碳，厚度0.7～1.1mm。

（5）車碳層：內孔、端面不需要滲碳的部分，車削掉碳層，只有圖樣要求的外圓有滲碳層。

（6）淬火處理：含碳量高的外圓硬度達到圖樣要求。

（7）半精車內孔：夾工藝端，車削端面、內孔留0.5mm量、環槽到成活尺寸135mm（見圖3）。

（8）切斷：線切割切斷，以已車端面為基準面，寬22.5mm，端面留量0.5mm。

圖3　半精車內孔圖

（9）精車：掉頭，吸盤吸附已車端面，打表找正外圓在0.05～0.10mm以內，用陶瓷刀片或者立方氮化硼刀片（刀片價格雖比普通刀片高一點，但是精加工余量僅為0.5mm，所消耗的刀片數量很少，對總的刀具成本影響不大）精車端面、內孔和外圓到成活尺寸（見圖4），其中內孔用涂層的硬質合金刀片。

（10）去毛刺。

（11）清洗包裝。

圖4　精車圖

4. 結語

經批量加工驗證，改進后的工藝路線更加貼近生產，成品尺寸和形狀位置精度均符合圖樣要求。

參考文獻：

[1] 陳明. 機械制造工藝學[M]. 北京：機械工業出版社，2005.

收稿日期：（20150305）