芻議氣缸襯套的加工工藝

鄒學文 郭 勇

（株洲九方制動設備有限公司，株洲412000）

伴隨著科技的發展及《中國制造2025》戰略部署的不斷深入，各領域對機械加工工藝的要求不斷提升，薄壁零件加工也呈現出普遍化、精密化的發展態勢，成為諸多高科技行業的發展根基，反應了我國核心制造技術與能力[1]。薄壁零件在加工過程中，如何控制其有效變形，是當前研究薄壁零件加工問題的難點，也是提升薄壁零件加工質量的關鍵因素，本文以氣缸襯套為例，對薄壁零件工藝展開詳細分析。

1 影響薄壁零件加工精度的因素分析

對于薄壁零件而言，變形問題是導致加工精度下降的關鍵點所在，筆者結合工作經驗，將影響零件加工的主要因素總結為四點。

1.1 薄壁零件裝夾視角

薄壁零件自身的強度是影響加工工藝質量的第一要素。因此，可以根據不同薄壁零件的結構特點，設計裝夾工具，提升定位精度。一方面，需要仔細研究夾緊的裝置及相應的方位，對于容易產生應力集中或者變形的位置展開數據分析，通過專門的脹套、輔助軸承進行處理；另一方面，在進行夾具優化時，采用軸向裝卡來代替原有的徑向裝卡，從而防止零部件變形，提升薄壁零件加工精度[2]。

1.2 走刀路徑及方式視角

薄壁零件加工過程中，走刀路徑及走刀方式的確定是影響加工精度的重要因素。在多種走刀方式中，階梯式及一次性加工方法可以高速、高效的提升零件的加工速度，沿著高線軌跡及按照加工等量方式來進行切削加工，可以打破傳統走刀路徑所形成的缺陷。而沿著X方向或者Y方向來進行平移運動，符合刀具設計的規律，可以將剩余物質更加均勻的切割，提升刀具的使用壽命，從而保障薄壁零件的加工精度。

1.3 切割角度視角

在薄壁零件加工過程中，科學合理地加大后角度及前角度，可以減少摩擦受損或切割變形，降低切割產生的力度，將零件變形控制在合理范圍之內。同時對于強度比較弱的薄壁零件而言，主偏角在設置時，盡可能選取側向90°，從而提升加工精確度[3]。

1.4 科學的工藝路線

制定科學的加工工藝路線，是解決薄壁零件加工變形問題的關鍵所在。在制定加工工藝路線時，需要綜合考慮零件的受力狀況、零件接觸情況以及加工中的振動幅度，最終盡可能的減少造成變形的工藝工序，掌握好加工余量，滿足加工精度滿足需求[4]。

2 氣缸襯套薄壁零件加工工藝分析

2.1 工件特點分析

氣缸襯套為機車緊湊型制動器配件中非常重要的組成零件，機車制動器工作時，制動器在氣缸襯套內壁滑動，因此對相關零件尺寸及內孔粗糙度要求非常高，表面粗糙度Ra為0.8mm。而緊湊型制動器為踏面制動型制動器，屬于多品種小批量類型，該型制器在我公司一年產量為1000個左右，平均每月不到100件，具體結構如圖1所示。氣缸襯套壁厚非常薄，單邊壁厚為1mm，屬于典型的薄壁零件，氣缸襯套內外圓尺寸公差要求高，內孔為外圓為φ，不好裝夾，在加工過程中容易變形，因而車加工難度非常大。

圖1 某氣缸襯套圖

2.2 加工工藝分析

通過對氣缸襯套進行分析，對兩端面、外圓面及內孔來進行加工工藝研究。氣缸襯套的工藝路線如下：下料-粗車-精車-鍍鉻-拋光-檢查-入庫。結合薄壁零件的加工工藝特點，本文主要對粗車及精車流程進行分析。

2.2.1 加工前準備

科學設計加上選取合適工裝夾，是確保氣缸襯套這類薄壁零件加工質量的關鍵所在。為此，本設計工件材料采用190mm×8mm的無縫結構鋼管，下料長度為120mm。結合氣缸襯套的特點，選取堵頭、專用頂尖和專用三爪工具展開設計分析，專用頂尖及專用三爪工具如圖2、圖3所示。

2.2.2 粗車工序

本設計采用機床型號為CA6140，根據圖1所示的氣缸襯套尺寸，設置相應的加工余量，外圓車削為Φ188mm，內院切除凸臺即可，具體如圖4所示。

圖3 專用三爪工具實物圖

圖4 粗車工序

2.2.3 精車工序

首先，當氣缸襯套粗車完后，裝上堵頭，堵頭主要起支撐作用，承受三爪帶來的夾緊力，防止夾緊過程中氣缸襯套產生的變形，這也是氣缸襯套能夠順利加工的關鍵。然后用軟爪夾粗車后外圓Φ188mm。先粗車內孔為Φ177.5mm，精車內孔為Φ178mm，加工時切削液淋滿內壁，轉速N取280r/min，進給速度f取0.05min/r，刀具尖角為0.2mm，磨卷屑槽時要保證卷屑不向工件方向排屑，否則容易造成切屑切傷內孔壁，造成表面粗糙度達不到設計要求。精車工序如圖5所示。

其次采用內孔滾壓工藝，因內孔粗糙度Ra為0.8mm，為了使內孔得到穩定的表面粗糙度，故精車后用滾刀再對內孔壁進行一次滾壓加工，滾壓時滾刀裝夾在車床刀架上，與工件中心平行，滾之前首先用紗布將內孔清掃干凈，轉速N選取280r/min，進給速度f取0.2min/r。滾壓工藝是控制制動器缸體等表面粗糙度的一種常用工藝，采用硬度較高的合金滾刀。需要注意的是，在精車后才能對零件表面進行滾壓加工，確保氣缸襯套內孔的表面精度，與后續零部件實現良好配合。

最后采取精車外圓工藝。為控制氣缸襯套在精車外圓中產生的變形量，需要用專用頂尖頂起工件內孔，來確保定位的精度。在此基礎上分多刀車外圓，最后留0.5mm進行精車操作，精車轉速取280r/min，進給速度f取0.03min/r；采取14°倒角：用切刀磨14°樣板刀，轉速取100r/min，切刀輕觸即可檢查所有尺寸合格后，退出專用頂尖，如圖6所示。然后用拋光片打磨內切口符圖，最后再表面鍍鉻拋光，即可完成氣缸襯套全部加工[5]。

圖5 精車內孔的加工工序圖

圖6 精車外圓的加工工序

通過上述加工工藝制作的氣缸襯套，歷經市場近十年的檢驗，廢品率一直保持在1%以下，加工質量可靠、穩定，滿足汽車裝配及整體精度使用需求。

3 結語

本文設計的氣缸襯套，之所以獲得用戶認可，主要是建立在科學加工工藝基礎上。伴隨著加工工藝的不斷提升，薄壁零件加工技術也不斷突破，廣泛運用在各個行業領域當中。隨著高端數控機床的普及，對于零件加工提出了更高的要求，在選擇薄壁零件加工工藝時，需要綜合考慮零件裝夾方式、走刀路徑、切割角度及加工工藝等因素，不斷提升機加工的工藝質量，從而保證薄壁零件加工質量，滿足現代制造業發展需求。