薄壁連接座加工工藝固化

劉 凱

（許昌煙草機械有限責任公司，河南 許昌 461000）

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薄壁連接座加工工藝固化

劉 凱

（許昌煙草機械有限責任公司，河南 許昌 461000）

摘 要：高速運轉的輕工業中，經常存在著一些剛性差、精度高的連接類薄壁零件，其中多數為產品的關鍵零件。這類高速運轉的機器一般要求結構尺寸小、重量輕、精度高，因此薄壁零件也更多些。加工一個薄壁零件的工藝流程也在日益隨著制造水平的提高不斷優化，工藝方案與工裝都根據零件的特殊性進行單獨考究，找到最合理的加工方案。

關鍵詞：薄壁；熱處理；工藝系統；磨削

因為具有重量輕、節約材料、結構緊湊等特點，薄壁零件已日益廣泛地應用在各工業部門。但薄壁零件的加工是比較棘手的，原因是薄壁零件剛性差、強度弱，在加工中極容易變形，不易保證零件的加工質量。下面就對生產中遇到的薄壁零件連接座進行嚴格地個案分析，找出該零件最合理的加工方案。

一、零件簡介

零件名稱：連接座，具體設計要求如圖1所示。該零件為典型的薄壁類零件，整個零件的形位公差和粗糙度要求超出現有機床的加工精度。

二、影響加工精度的原因

1. 連接座的材料為20CrMnTi，沒有合適的管材代替，下料為φ190×132的巨型棒料，去除量大，容易積累切削內應力。

2. 連接座外徑直徑φ182.5mm，內圓直徑φ175mm，壁厚僅為3.75mm，長度125mm，為典型的薄壁零件。

3. 左端外徑φ183（-0.01/-0.02）mm為基準，與內孔φ175（-0.02/-0.04）mm存在位置定位公差◎0.02mm，同時與左端面有位置定向公差為⊥0.01mm。

4. 工藝系統剛性差，對磨床加工質量影響大。

三、針對影響加工精度因素采取的具體措施

通過分析該零件的各個尺寸與形位公差，將容易保證的加工內容剔除，找出不易加工及難保證的尺寸精度與形位公差。針對形位公差中遇到的問題進行分析，找出合理的加工方案。同時將需要保證的普通尺寸精度穿插在加工過程中，解決整個零件的加工難題。

1. 連接座的材料為20CrMnTi，無管材及鍛材。下料為φ190×132的巨型實心棒料，去除量大，容易積累切削內應力。采取的具體措施：粗加工、熱處理（正火880℃加熱）、半精加工、熱處理（去應力處理560℃×2h）的工藝流程。釋放零件在加工過程中造成的應力，防止內應力造成應力變形，導致零件質量不能滿足設計要求。

2. 連接座外徑直徑φ182.5mm，內圓直徑φ175mm，壁厚僅為3.75mm，長度125mm，為典型的薄壁零件。

磨削是一種速度高、切削厚度極薄的加工方法。同時，砂輪還有自銳作用，在使用一段時間之后，能夠自動脫落下來，露出新的一層砂粒，這是其他切削方式所沒有的優點。正是利用到這兩個特點，人為調整磨削用量，即更改砂輪速度、工件速度、切深、進給量、砂輪修整次數等要素，避免接近固有頻率引起共振，減少磨削造成的整個零件再次應力集中。利用磨削減少切削余量，將產生的切削應力減少到最合理的范圍，即精加工的余量，增加精加工之后的半精磨（給精磨留0.15mm余量），并且放置一段時間，進行時效，自然釋放應力。

3. 左端外徑φ183（-0.01/-0.02）mm為基準，與內孔φ175（-0.02/-0.04）mm存在位置定位公差◎0.02mm，同時與左端面有位置定向公差為⊥0.01mm。

直徑為φ175的公差為（-0.02/ -0.04）mm，整個公差帶為0.02mm。相對應的公差等級為5級與6級之間，該等級已經是現有零件公差等級中較高的。而φ183（-0.01/-0.02）mm的公差等級為3級。精度要求更高，是對現有加工設備的一個大挑戰。

合理的磨削參數只能降低磨削應力的積累，并不能消除應力的產生。使用新外圓砂輪，不僅能夠提高外徑線速度，并且能提高砂粒的鋒利程度。當在磨削應力足夠小，不足以引起變形的條件下，設定好合理的磨削用量，對工件進行最后的保證精度的精密加工，將基準保證在φ183（-0.01/-0.02）在公差范圍之內。

針對內孔φ175（-0.02/-0.04）深入長度超過108mm，在磨削過程中，不斷對工件進行尺寸測量，保證加工尺寸時刻在控制之中。增加砂輪空轉時間，有利于保證零件的整體圓度，即可消除磨削引起的局部微量變形，又能將內徑粗糙度提高。

需要注意的是：在磨削過程中，盡量不要引起工件磨削表面的硬度變化，因為凡是硬度下降的部位，常有殘余拉應力或者較小的壓應力；而硬度增加的部位，常有殘余壓應力或者較小的拉應力。

4. 工藝系統剛性差，對磨床加工質量影響大

機床（這里主要指磨床）、工裝、工件、刀具（砂輪）等組成的工藝系統抵抗應力變形的剛性，對整個加工方案的能否成功實施有決定性影響。機床與刀具的剛性在加工過程能夠進行控制，剩下對整個工藝系統剛性影響最大的就是工件與工裝。工件安裝在工裝之上，工裝在機床上夾緊。這樣的疊加裝置儼然不如一個整體零件的剛性好，也沒有一臺相互支承、反饋封閉的機床結構剛性好。但是工裝安裝在機床上全是壓力，夾緊力又能夠人為控制。所以只剩下工件與工裝之間的剛性是最大的敏感位置。設計合理的工裝有利于提高整個工藝系統的剛性。

工件安裝在工裝上通過φ 1 6 0 （+0.1/0）定位，該圓公差帶減小為0.030mm（φ160（+0.035/0.005））。要求工藝平磨道序對左端面與外徑基準之間的位置定向公差⊥0.01mm嚴格控制。不僅保證了垂直精度，也增強了端面與工裝的貼緊程度，增強了剛性。利用平磨保證接觸平面的平面度，對工件的固定定位及公差保證至關重要，工裝如圖2所示。

結語

利用既定的工藝方案進行加工，粗精分開和人工時效減少了內應力變形；定制工裝的使用提高了工藝系統的剛性；磨床減小切削力的擠壓變形；嚴密包裝防止沖擊力造成變形，等等。薄壁加工體現了整個工藝系統的完整性，只有在每一個環節中改進、完善才能保證整個零件最終的精度。

參考文獻

［1］ 陳凱亮.連接軸軸承座數控加工工藝分析［J］.中國電子商務，2013（23）：248-248.

中圖分類號：TG385

文獻標識碼：A