特殊材料薄壁件加工中夾具改造和工藝方法改進(jìn)研究

葛安勇+何春燕

摘 要：薄壁件的加工難點(diǎn)在于如何預(yù)防工件在切削加工過(guò)程中產(chǎn)生變形。薄壁件的剛性差、強(qiáng)度弱，在加工中極易變形，零件的質(zhì)量難以保證。通過(guò)改造工裝夾具、改變工藝方法實(shí)現(xiàn)薄壁件的合格率。

關(guān)鍵詞：薄壁件 不銹鋼 鈦合金 工裝夾具

中圖分類(lèi)號(hào)：TG506 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2017）07（c）-0074-02

因航空飛行器的特殊要求經(jīng)常會(huì)選用一些重量輕、精度高、韌性好、強(qiáng)度高、抗腐蝕性強(qiáng)的殼體、筒類(lèi)零件，這就出現(xiàn)了例如不銹鋼類(lèi)、鈦合金類(lèi)等特殊材料的薄壁件。薄壁零件本身在加工過(guò)程中就容易受到各種因素的影響而產(chǎn)生變形，不能很好地滿(mǎn)足精度要求，加上特殊材料的難加工性，要想得到高品質(zhì)的零件就更加困難。在這里筆者通過(guò)對(duì)公司兩種不同材料的薄壁零件加工進(jìn)行分析，請(qǐng)專(zhuān)家給予批評(píng)指正。

1 薄壁件的加工方法

薄壁件的難加工主要表現(xiàn)為在加工中零件的變形、振刀等現(xiàn)象嚴(yán)重影響零件的精度。如何解決這些問(wèn)題，就需要我們從機(jī)床、刀具、工裝夾具等方面加以分析。從機(jī)床方面講影響薄壁件的因素為機(jī)床本身的剛性，機(jī)床剛性不足的話，零件直接會(huì)產(chǎn)生振刀現(xiàn)象。刀具主要體現(xiàn)在刀具材料、幾何參數(shù)的合理選擇，刀具的參數(shù)選擇將直接影響加工過(guò)程中的散熱情況、工件的熱變形和內(nèi)應(yīng)力的產(chǎn)生。工裝夾具的不合理性也將直接影響到工件在加工過(guò)程中的剛性、變形。

某型號(hào)零件護(hù)筒。該零件材料為1Cr18Ni9Ti，典型的不銹鋼薄壁件，最薄處壁厚為0.4mm左右，加工難度高。在首次加工中，制作護(hù)筒芯軸，芯軸外圓與護(hù)筒內(nèi)孔間隙為0.02～0.03mm，加墊圈用螺母固定，工件內(nèi)孔底面與芯軸端面貼合。選用肯納Kc5010外圓刀片，粗車(chē)刀片刀尖角為55°，精車(chē)刀片刀尖角為35°。粗車(chē)轉(zhuǎn)速n=800r/min，切深r=0.35mm，進(jìn)給速度f(wàn)=0.1mm/r。粗車(chē)完后零件總長(zhǎng)被拉長(zhǎng)1mm左右，4mm孔距拉伸為5mm，小孔變?yōu)闄E圓形，零件報(bào)廢。分析認(rèn)為在切削過(guò)程中，不銹鋼材料切屑不易折斷、易粘結(jié)，切削溫度高，切削力大導(dǎo)致零件切削應(yīng)力來(lái)不及釋放引起工件拉伸。

根據(jù)分析的結(jié)果，在接下來(lái)的加工中增加了一把1.5mm切槽刀，分別在圖1所示的1、2點(diǎn)的位子切應(yīng)力釋放槽，直徑切至留精加工余量0.05～0.08mm，然后采用首次加工的切削參數(shù)進(jìn)行粗精車(chē)，零件不再被拉伸，各質(zhì)量指標(biāo)完全合格。但外圓刀在經(jīng)過(guò)應(yīng)力釋放槽的時(shí)候容易崩刃，增加了加工成本、影響了加工效率。因此決定通過(guò)改造夾具來(lái)實(shí)現(xiàn)降低生產(chǎn)成本、提高工作效率、保證產(chǎn)品質(zhì)量的目標(biāo)。

圖2所示改變加工方法以零件的大端面貼緊芯軸的端面，工件內(nèi)孔底面與芯軸端面1留有0.1～0.15mm間隙，選用與首批零件加工相同的切削參數(shù)和刀具，不切應(yīng)力釋放槽，用右手外圓刀先從零件右側(cè)按箭頭方向粗車(chē)至工件中段，然后用左手刀從工件左端按箭頭方向粗車(chē)至中段，后從工件右端精車(chē)達(dá)圖，零件加工合格，但大端面與芯軸接合處毛刺需另行裝夾去除。

在使用了前兩種加工方法后，又采用了另一種措施（圖3）。先將工件套入芯軸，用夾頭夾持工件后端10mm處，芯軸前端用頂尖頂起，用粗車(chē)刀將工件大端面與外圓處制倒角并粗車(chē)至距夾頭2mm處，外圓留0.05～0.08mm余量。

如圖4所示，將10mm夾持部分及所留2mm粗車(chē)掉，后精車(chē)達(dá)圖，零件合格。綜合比較以上的幾種加工方法，筆者認(rèn)為最后一種方法最有效。

2 某型號(hào)座椅零件中筒的加工過(guò)程中所遇到的難題及解決辦法

零件材料牌號(hào)為T(mén)C11鈦合金，該零件直徑較大，公差精度和表面光度要求高，壁薄。從加工工藝性上來(lái)說(shuō)，工件直徑越大的薄壁零件，在精加工過(guò)程中更易變形，造成零件尺寸超差。在加工外形工序時(shí)，采用了以下幾種方法。

（1）將工件裝入芯軸（圖5），工件的所有內(nèi)孔與芯軸的配合間隙為0.02mm，工件左端面與芯軸的大臺(tái)階面貼合定位，工件右端面加墊圈后用螺帽壓緊。選用前角較大、切削刃鋒利的硬質(zhì)合金刀具在冷卻充分的條件下進(jìn)行粗精車(chē)。工件脫離芯軸前測(cè)量各尺寸均達(dá)圖，取下工件后再進(jìn)行測(cè)量，發(fā)現(xiàn)變形。尤其是工件大外圓φ87處橢圓度達(dá)到0.07mm，超出了工件尺寸公差。分析原因是上工序加工φ83.2的孔時(shí)，其圓度保證的不好，工件裝入芯軸后將其變形處撐圓，工件加工完成后從芯軸脫離后在彈性變形的作用下，工件內(nèi)孔又恢復(fù)原狀態(tài)，從而影響到外圓φ87處，造成尺寸超差。

（2）根據(jù)上述分析，將芯軸與工件內(nèi)孔φ83.2處（見(jiàn)圖5）的配合間隙加大，在工件裝入時(shí)不與芯軸接觸，其余的間隙不變。采用與第一次同樣的方法壓緊工件，切削參數(shù)不變，加工完成后取下工件進(jìn)行測(cè)量，外圓φ87處的橢圓度為0.04mm，比較上次有所改善，但是依然無(wú)法滿(mǎn)足工藝要求。經(jīng)過(guò)再次分析原因是在加工過(guò)程中，工件在前后端面都在壓緊狀態(tài)下切削時(shí)產(chǎn)生的應(yīng)力無(wú)處釋放，當(dāng)加工完成后，取下工件，應(yīng)力得以釋放，在應(yīng)力的作用下工件變形。

（3）為了避免切削應(yīng)力導(dǎo)致工件變形，經(jīng)分析研究后決定選擇以?xún)?nèi)孔中“D”面為定位面與受力面（圖6）。工件裝入芯軸后左端面與芯軸大端面空開(kāi)不接觸，工件內(nèi)孔φ83.2處與芯軸不接觸，其余的間隙不變，右端面壓緊后進(jìn)行加工。加工完成后取下工件進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量結(jié)果為橢圓度在0.015～0.02mm，保證了工件的尺寸要求。最終確定了第三種裝夾定位方案為最佳加工方法。

3 結(jié)語(yǔ)

綜合以上兩種不同特殊材料的薄壁工件加工，可以看出，在數(shù)控車(chē)削加工特殊材料的薄壁件過(guò)程中，一定要根據(jù)工件的各工藝要求合理選擇最佳的裝夾方式。通過(guò)夾具改變工件的定位面，減少工件的接觸面，改變夾緊點(diǎn)與變形量的關(guān)系來(lái)保證工件的精度。

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