提高薄壁襯套車削質量和加工效率的技術途徑

張增渠

摘要：在機械加工中，加工工藝和工裝的選擇直接影響到切削機床生產效率的高低和加工質量的好壞，進而影響到企業的生產技術水平和經濟效益。薄壁襯套作為一種薄盤套類零件的加工產品，其有較高的尺寸公差和位置公差要求，通過在車床上改進裝夾加工裝置和優化完善刀具及加工工藝完成產品的各加工工序，降低了對操作員工的技能要求，刀具損耗大大降低，加工效率比原先工藝方法大大提高，廢品率大大降低，對提高企業產品加工質量和生產效率有顯著的指導意義。

關鍵詞：襯套;車削;質量;效率;途徑

0? 引言

薄壁襯套作為一種薄盤套類零件的加工產品，其有較高的尺寸公差和位置公差要求，主要是在圓柱內外面、軸肩面有較高的粗糙度要求，工序較復雜，在實際加工過程中要多次更換刀具，薄壁襯套的加工質量、加工效率及工件加工合格率得不到有效保證。原先在車床上使用的加工工藝需要多次找正工件，存在操作復雜、加工效率低的缺陷，且襯套內孔和外圓柱面在車床的加工過程中同心度要求較高，這就要求在加工的過程中，考慮到基準的統一，加工調試等對操作人員的要求也很高。薄壁襯套如圖1所示。

1? 車削薄壁襯套易出現的問題

對于這種套筒壁厚較小，具有薄盤件特征，又具有臺階軸特征的零件我們一般把它們歸類為薄盤套件。該薄壁襯套的毛坯由？覫75mm的40Cr合金鋼車削加工，在車床上粗、精車削加工時，易造成下列超差現象：

①Φ40mm內孔壁厚2.5mm超差不均勻，易出現橢圓形變形。

②襯套左端面平面度易超差，粗糙度達不到要求。

③Φ45mm外圓尺寸精度超差，易出現橢圓形變形，同軸度超差。

④由于振刀現象，造成切削速度較慢，振紋出現，粗糙度達不到要求。

⑤振刀造成頻繁刃磨車刀，刀具浪費嚴重，加工效率降低。

2? 加工超差原因分析

車削加工軸套類零件時，由于裝夾工藝和刀具的因素，零件容易產生變形，尤其是如薄壁襯套這樣的零件，變形問題更加明顯。究其原因主要有：加工過程中刀具產生的切削力和切削熱、裝夾產生的夾緊力、定位誤差及彈性變形等。

①在刀具選擇方面：由于我們多選用45°車刀進行粗加工、90°車刀精加工，由圖2和圖3所示切削力受力分析特點可以看出，45°車刀在車削過程中有沿軸線方向形成45°夾角的反作用力推向工件，對于薄壁襯套這種不能承受較大切削力的薄壁零件，振動現象非常普遍。

②在工件裝夾方面：如圖4所示三爪卡盤裝夾，是我們在車床上常用的裝夾方式，但三爪卡盤裝夾的特點是，三個卡爪的寬度太窄，輔助定位臺階面太小，不能給工件很好的支承，車削過程中夾持面積和輔助支承面太小，易造成工件變形。且由于是先加工好內孔后車外圓，在一夾一頂裝夾方式下，夾緊力的方向和著力點都較差，工件壁厚小，造成夾緊力不足。如果加大夾緊力又易造成工件變形，出現外圓與內孔成三棱子橢圓變形。

3? 具體的改進思路及方法

針對加工過程中刀具產生的切削力和切削熱、裝夾產生的夾緊力、定位誤差及彈性變形等因素，在刀具和裝夾方面做了改進：針對切削力和切削熱，合理地選擇適合加工40Cr材料的合金刀片，刃磨合理地刀具角度;針對夾緊力、定位誤差及變形，專門定制扇形軟爪，減小局部夾緊力引起變形，添加芯軸定位。具體方案是：

①在刀具選擇上：針對薄壁襯套這類薄壁零件的特點，除去考慮刀具材料外，為減小朝向工件剛性差的軸向力Fx和徑向力Fy，要控制好主偏角，如圖3所示，選取90°車刀，刃傾角取正值，刃口要刃磨鋒利，不要刃磨倒棱。保證端面平面度和粗糙度。外圓面加工時，裝夾方式改變提高了夾緊力，可大大加強軸向受力。

②在裝夾方式上：針對三爪卡盤三個卡爪的寬度太窄，輔助定位臺階面太小，不能給工件很好的支承，車削過程中夾持面積和輔助支承面太小，易造成工件變形的特點。根據三爪的自動定心原理，如圖5所示，將局部夾緊力三爪機構改為均勻大面積扇形軟爪夾緊力機構，軟爪緊固到可折卸爪座上，提高了夾緊力和輔助支承面面積，減小了工件變形。

另外，如圖6所示，利用開縫套筒芯軸作為徑向支承裝夾，芯軸左端的莫氏錐柄插裝到車床主軸錐孔中，由拉桿拉緊，工件裝夾到芯軸上后，用活頂尖頂緊芯軸，芯軸漲緊配合軟爪夾緊固定襯套。減小了襯套加工過程中徑向支承不足造成的振動，提高了徑向定位精度和表面的加工質量。

4? 工藝改進后的實際加工效果

通過工藝改進后，由于重視了選擇定位基準和適當的裝夾方式，提高了薄壁襯套的剛性支承，消除了車削振刀現象，芯軸和軟爪的配合裝夾，提高了支承力和夾緊力，但同時工件變形小了，加工的零件完全符合尺寸公差和形位公差要求，由原先大約35%的廢品率，現在基本避免了廢品的出現，而且生產效率提高了，生產費用減少了，通過表1中僅從車刀用量、工時效益、和耗電量三項對比的項目可以看出，提高了企業的生產效益。

5? 結論

通過上述分析，可以看出我們的教學實踐要緊密聯系實際生產過程，重視加工工藝的改進和不斷優化，切實提高生產效率，給企業帶來一定的經濟收益的同時，也鍛煉和提高了學生的分析問題、解決問題的能力。在生產加工中，從一些優秀的加工工藝中借鑒好的方法，觸類旁通，對所加工的產品從加工工藝、裝夾、工量具以及刀具選擇都進行科學合理的分析，真正使加工過程做到降低成本、降低能耗、提高精度、提高效率的生產目的。

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