淺析薄壁套類工件的車削加工技術

滕振楠 蘇堅 李志坤

摘? 要：薄壁套類工件加工是車削加工中較難解決的關鍵問題，本文對薄壁套類工件進行特性分析，通過采用一種新穎芯軸技術，有效克服了薄壁套類工件加工過程中出現的問題，如受力變形、受熱變形、刀具磨損等，使薄壁套類工件加工的尺寸公差、形位公差達到圖紙設計技術要求。

關鍵詞：薄壁;變形;裝夾;彈性夾套;彈性芯軸;切削力

中圖分類號：TG519? ? ?文獻標識碼：A ? ? 文章編號：2096-6903（2020）02-0000-00

薄壁套類工件因重量輕、用料少、成本低同時具有緊湊結構因而被廣泛應用，但該類工件壁厚薄，一般在3mm以下，因此工件剛性、強度等較弱，在零件加工過程中受裝夾力、切削力及熱應力等因素影響極易變形，導致零件加工完成后尺寸超差，所以薄壁套類工件加工是車削中比較棘手的問題

本文對薄壁套類工件加工過程中出現的問題進行分析，為薄壁套類工件加工提供有效解決方案及相應夾具。

1理論分析

車削薄壁套類工件的主要問題是變形，而產生變形的主要原因是切削力、切削熱和夾緊力。

1.1裝夾力對薄壁套類工件變形的影響

因工件壁薄，由于三抓卡盤的夾緊力給工件施加一個徑向力導致變形，從而影響工件的尺寸精度和圓柱度。

薄壁件加工時，若直接采用三抓卡盤，夾緊工件后會給工件施加一個外力，導致工件在徑向上出現變形，使之略微變成三角形。在這種狀態下車工件內孔，能夠得到一個符合尺寸要求的圓孔，但是松開卡爪使工件處于自然狀態下后，由于自身的彈性，外圓會恢復到接近裝夾前的狀態，而內孔則隨之變成弧形三角形，導致工件超差;如圖1所示。

1.2切削熱對薄壁套類工件變形的影響

任何工件在加工時都會受到切削熱影響，尤其是徑向尺寸受影響較大，而由于尺寸、材質等不盡相同，難以掌握熱膨脹變形規律，導致工件加工時尺寸精度不易控制。

由于薄壁套類工件線膨脹系數大，受切削熱影響大，如按照常規零件的方法一次裝夾，然后連續完成粗車和精車，切削熱極易引起工件的熱變形，導致零件加工完成后尺寸超差，甚至有時會使零部件卡死在夾具上。

1.3切削力對薄壁套類工件變形影響

在切削力（特別是徑向切削力）作用下，容易產生振動和變形，影響工件的尺寸精度，形狀、位置精度和表面粗糙度[1]。

2常規裝夾

圖2是材料45號無縫鋼管，?39+0.076 +0.060mm外圓、圓柱度公差為0.05mm;?38+0.041 +0.025mm內孔與?39+0.076 +0.060mm外圓同軸度公差為0.04mm。

由圖2可看出，該工件結構簡單，但由于壁厚較薄加工過程易產生變形，故?39mm的外圓對?38mm的內孔的同軸度、?39mm外圓的圓柱度和表面質量以及內孔＼外圓尺寸精度，是該工件最主要的加工難點，根據以往加工經驗，用通常加工薄壁套的方法，進行加工工件。

2.1一次成型法加工

由于工件壁薄且較長，存在嚴重讓刀現象，造成工件振刀無法切削，一次車削加工完成存在較大困難。工件加工讓刀情況如圖3所示。

2.2開口彈性夾套、可漲芯軸加工

由于工件壁薄，最薄處只有0.6mm左右，工件強度有限，而可漲芯軸作用力不能完全可控，用力不均會使精車后卸下的工件產生變形，造成尺寸超差。

2.3配堵頭車外圓法

（1）粗車、半精車內孔、外圓均留加工余量。（2）將內孔加工至尺寸。（3）將帶中心孔的堵頭塞入內孔用頂尖頂住;然后加工至尺寸，見圖4。

由于堵頭外圓與堵頭端面中心孔同軸度無法保證（如圖5），造成加工的工件扭曲變形、壁厚不均工件報廢[2]。

用以上幾種常用方法試加工，都不能很好保證工件尺寸，為此，設計了一種特殊芯軸，確保工件的加工達到圖紙要求。

3夾具設計

通過對該工件的基本情況及加工難點分析，以加工便捷，成本低，操作簡單作為設計的出發點，設計出一種新的加工方法，配芯軸車外圓法。

3.1配芯軸車外圓法

芯軸結構如圖6所示，芯軸右端內孔壓入頂尖外圓柱面，并保證其為過盈配合;芯軸左端的外圓與工件精車后內孔為間隙配合。

為保證芯軸可使用性，必須使芯軸外圓與內孔具有一致性。因此，芯軸的加工采用配車法，具體加工方法如下：

（1）將毛呸件直接用三抓卡盤卡緊掉頭加工芯軸的兩端面，配車設計與頂尖圓柱面配合的孔，保證過盈量在0.01～0.03mm之間;

（2）將頂尖壓入芯軸頂尖圓柱面，然后將頂尖安裝于車床尾座上;

（3）調整車床尾座，保證頂尖旋出后能夠將芯軸頂到卡盤上，調整好后鎖死尾座;

（4）旋出頂尖，將芯軸頂緊在卡盤，鎖死頂尖;

（5）啟動車床，此時芯軸隨機床卡盤一起旋轉，車削加工芯軸外圓，保證其外圓與薄壁工件內孔有0.02mm的間隙，表面粗糙度要和零件表面粗糙度保持一致。

通過以上加工方法加工的芯軸工裝與機床加工的孔有很好的同軸度（同軸度可以做到0.02以內），從而能滿足工件0.04mm同軸度的要求。

配芯軸車外圓法：夾持棒料一端，（1）粗車、半精車內孔、外圓并留加工余量。（2）將內孔加工至尺寸。（3）將壓入頂尖的芯軸塞入內孔;然后加工外圓至尺寸，如圖7所示。

3.2工藝流程設計

針對該工件特點及以上工藝難點，聯系車間工藝裝備情況并結合對這類工件的加工經驗，制定以下工藝流程見表1。

配芯軸車外圓法優點：解決上述三種實驗方法存在的工件振動、讓刀、工件易變形等缺陷。芯軸制作簡單，提高加工效率[3]。

加工時注意事項：加工前需將機床調整至最佳狀態，保證充分冷卻。

4結論

本文闡述的配芯軸車外圓法能滿足圖紙技術要求。通過實踐證明，采用合適的裝夾方式、選擇合理的刀具角度和切削用量、機床調整、足夠的冷卻潤滑等措施，可以保證薄壁件的加工質量達到設計要求。

參考文獻

[1] 韋彥成.金屬切削機床構造與設計[M].北京：國防工業出版社，1991.

[2] 陸劍中，孫家寧.金屬切削原理與刀具[M].北京：機械工業出版社，1990.

[3] 張云電.薄壁缸生產技術[M].北京：國防工業出版社，2001.

收稿日期：2020-01-15

作者簡介：滕振楠（1994—），男，河北秦皇島人，本科，工程師，研究方向：機械設計及其自動化。