不銹鋼薄圓片零件加工方法探討

王克強

不銹鋼薄圓片零件加工方法探討

王克強

王克強 路興濤 朱棟梁

四川省綿陽市919信箱71分箱

王克強（1965-）男，吉林長春，技師，大專，主要從事機械加工。

針對某1Cr18Ni9Ti奧氏體不銹鋼材料薄圓片零件的機械加工，開展了使用真空吸具安裝和數控車削加工的工藝探討，設計了專用吸具，加工出了合格零件，工藝方法對類似零件的機械加工具有一定參考價值。`

引言

一個1Cr18Ni9Ti材料的薄圓片狀零件如圖1所示。

該零件為一不規則的圓片狀，外型尺寸Φ120mm╳3mm。上表面較平整。下表面不規則，邊緣是Φ120mm/Φ112mm╳1mm的法蘭，中央是Φ102mm╳1mm沉孔。基準A為下表面的中央沉孔，平面度指標0.03mm。上表面的平面度指標0.03mm，與基準A的平行度指標0.08mm，表面粗糙度要求Ra0.8μm。

零件的機械加工難點分析

該零件主要存在兩大機械加工難點。

① 零件材料是難加工材料。1Cr18Ni9Ti材料屬奧氏體不銹鋼，其切削加工性差。奧氏體不銹鋼材料的強度高、塑性韌性好，致使其在切削加工過程中會發生切削力大、切削區局部溫度高等不利因素，使工件產生較大內應力，也會發生加工硬化和刀具粘附磨損等而降低工件加工的尺寸精度。

② 工件形狀不規則，剛性弱，在切削加工中易發生不規則的較大變形。

由于上述原因，該零件加工難以保證的精度指標有：平面度和平行度；上表面的表面粗糙度；法蘭厚度和中部厚度的尺寸精度。

機械加工工藝對策分析及工藝方案選擇

工藝對策分析

對于奧氏體不銹鋼材料的切削加工性差問題，主要通過選用恰當的切削刀具、切削參數和冷卻液進行解決。在切削刀具的材料選擇上，適宜選用YG類硬質合金刀具。原因是：YG類硬質合金不僅韌性好，而且耐磨性、紅硬性和導熱性都很好，且切屑與刀具間不易粘結，非常適合加工不銹鋼材料。在刀具參數選用上應使主偏角大、刀尖圓弧小，以減小切削力和切削熱。在切削參數配置上，主要是使切削力小和加工過程中產生的切削熱少。在冷卻液的選用上，應使用滲透性強的冷卻液，如四氯化碳添加礦物油類型的冷卻液。

對于工件在加工過程中易發生變形問題，由于主要涉及平面加工，且該零件經機械加工后幾乎無法進行變形校正，因而其工藝原則應是：在整個切削加工過程中，將工件的變形量始終控制在精度許可范圍內。

圖1 薄圓片零件

根據零件精度指標及其形狀結構，精加工可以采用車削、磨削、電火花加工等，將三種加工方式比較如下。

（1）車削加工。對于圓片狀零件，車削加工相對具有優勢。主要原因是：在切削過程中刀具與工件是點接觸，產生的切削力小、切削熱少，冷卻更充分，在工件中產生的內應力小，工件變形相對也小；另外，車削加工的安裝方式和夾具的設計也比較靈活。

（2）磨削加工。磨削過程中刀具與工件的接觸區域較車削大得多，在工件中產生的內應力也會大得多，工件變形更復雜。由于磨床采用電磁將工件磁化后夾緊，而1Cr18Ni9Ti材料不能被磁化，所以采用磨削加工的可行性差。

（3）電火花加工。針對該零件，如采用電火花精加工，可采用小電極進行類似銑削平面的加工方式。但電火花加工的效率太低。

工藝方案選擇

根據上述分析，該零件的平面精加工應優選車削加工。根據零件結構、尺寸及精度指標要求，在精車工序中，安裝方式應采用吸具軸向吸持工件進行安裝夾緊，工件的第一個精基準平面的平面度應在0.02mm以內較理想，且須保證在精車中工件變形非常小。

加工應分粗車、半精車和精車進行，粗車和半精車后分別安排一次去應力退火處理，采用數控車床和吸具裝夾進行精加工，精加工前通過研磨環形凸臺在平面度0.02mm以內獲得精基準。零件的加工工藝路線如圖2所示。

圖2 工藝路線

吸具設計

工件經過半精車加工后檢測：大外圓尺寸Φ120進入公差，其余尺寸均留約0.2mm余量；大平面的平面度0.13mm，中間凹。

精車前，雖可研磨凸臺端面作精基準，但此時工件在厚度方向的剛性弱。要在整個精車過程中控制住工件的平面變形，在吸具設計問題上要考慮兩個因素，一是吸具要對與其貼近的工件平面進行約束，二是要消除工件該平面的平面度誤差對精加工面的影響。

經分析，半精車后，工件上A基準面的平面度約0.10mm，但如將其分成若干小環帶，則每個小環帶的平面度會隨著其帶寬尺寸的減小而減小。

綜上所述，將吸具設計成圖3所示吸具。

圖3 吸具示意圖

使用該吸具安裝工件時，由A、B、C、D四個小環帶與工件上的面相接觸，它能夠減小工件端面和吸具端面的平面度誤差對精車的影響，從而減小工件精車平面的變形。

試加工情況與吸具改進

用該吸具安裝工件進行數控精車試加工，兩個精車試件的大平面平面度均為0.06mm。上述吸具雖然較大地提高了精加工工件的平面度精度，但離圖樣要求的指標仍有差距。

對多年開展不銹鋼加工所獲經驗進行梳理分析后，對圖3所示吸具作出如下改進：將A、C、D三個環帶改進為分別與工件虛接觸，間隙約0.02mm。

產品加工情況

采用改進后的吸具安裝工件進行數控精車加工，產品的大平面平面度均小于0.03mm，達到圖樣要求指標。設計加工類似吸具進行工件另一面的精車加工，全部精度指標合格。

使用的刀具及主要切削參數見表1所示。

表1 數控精車使用的刀具及主要切削參數表

結束語

對高強度、塑性好、易變形的薄圓片類零件的車削加工，采用真空吸具進行安裝夾緊是保證加工精度的關鍵措施。

針對奧氏體不銹鋼材料的機械加工，需要選用合適的刀具，并優化配置切削參數，才能獲得良好的零件表面質量。

10.3969/j.issn.1001-8972.2015.01.064