薄壁類零件的車削工藝分析

1、薄壁類零件的車削工藝分析段立波亠引言薄壁類零件指的是零件壁厚和它的徑向、軸向尺寸相比較，相差懸殊，一般為幾十倍甚至上百倍的金屬材料的零件，具有節(jié)省材 料、結構簡單等特點。薄壁類零件已廣泛地使用于各類石油機械部 件。但是薄壁類零件的車削加工是比較棘手的，具體的原因是因為 薄壁類零件自身剛性差、強度弱，在車削加工中極容易變形，很難 保證零件的加工質(zhì)量。如何提高薄壁類零件的加工精度是機械加工 行業(yè)關心的話題。薄壁類零件車削過程中常出現(xiàn)的問題、原因及解決辦法我們在車削加工過程中，經(jīng)常會碰到一些薄壁零件的加工。如 軸套薄壁件（圖1）,環(huán)類薄壁件（圖2）,盤類薄壁件（圖3）。 本文詳細分析了薄壁類零件的加

2、工特點、防止變形的裝夾方法、車 刀材料、切削參數(shù)的選擇及車刀幾何角度。進行了大量的實驗，為以后更好地加工薄壁類零件，保證加工質(zhì)量，提供了理論依據(jù)。圖1軸套薄壁件圖2環(huán)類薄壁件圖3盤類薄壁件1.薄壁類零件的加工特點1.1因零件壁薄，在使用通用夾具裝夾時，在夾壓力的作用下 極易產(chǎn)生變形， 而夾緊力不夠零件又容易松動， 從而影響零件的尺 寸精度和形狀精度。如圖4所示，當采用三爪卡盤夾緊零件時，在夾緊力的作用下, 零件會微微變成三角形，車削后得到的是一個圓柱體。但松開卡爪， 取下零件后，由于零件彈性，又恢復成弧形三角形。這時若用千分 尺測量時，各個方向直徑相同， 但零件已變形不是圓柱體了， 這種 變形

3、現(xiàn)象我們稱之為等直徑變形。23ir rRJ圖4三爪卡盤裝夾1.2因零件較薄，加工時的切削發(fā)熱會引起零件變形，從而使 零件尺寸難以控制。對于膨脹系數(shù)較大的金屬薄壁零件，如在一次 安裝中連續(xù)完成半精車和精車，由切削熱引起零件的熱變形，會對 其尺寸精度產(chǎn)生極大影響，有時甚至會使零件卡死在芯軸類的夾具 上。1.3薄壁類零件加工內(nèi)孔中，一般采用單刃鏜刀加工，此時， 當零件較長時，如果刀具參數(shù)及切削用量處理不當，將造成排屑困 難，影響加工質(zhì)量，損傷刀具。1.4由于切削力和夾緊力的影響，零件會產(chǎn)生變形或振動，尺 寸精度和表面粗糙度不易控制。如刀具角度不正確或磨損后，導致 切削力增大，工件表面會產(chǎn)生顫紋影響表

4、面質(zhì)量。1.5薄壁類零件剛性差，不能采用較大的切削用量，生產(chǎn)效率 低。因此選擇合適的裝夾方法，加工工藝，合理的切削用量，刀具 材料及角度，減小零件振動，充分冷卻和檢測都是保證加工薄壁類 零件的關鍵因素。2.薄壁類零件的裝夾方法2.1通用軟爪定位裝夾：選擇合理的夾緊力作用點，使夾緊力 作用在零件剛性較好的部位，適用于形狀和尺寸公差要求不嚴的零 件加工。優(yōu)點：裝卸方便長度可定位，可以承受較大切削力。缺點：零件定位點較集中，零件加緊后變形較嚴重。2.2扇形軟爪裝夾：采用扇形軟爪的三爪卡盤（圖5）,按和加 工零件的裝夾面動配合的要求，加工出卡爪的工作面，增大和零件 的接觸面積。圖5扇形軟爪優(yōu)點：增大夾

5、緊力的作用面積，使零件支持面增大，夾緊力均 勻分布在工作面上，可加大切削用量，不易產(chǎn)生變形。缺點：扇形軟爪不易加工。2.3剛性芯軸裝夾圖6剛性芯軸2.3.1采用錐體芯軸裝夾，將零件直接套在錐體芯軸加工232采用圓柱芯軸裝夾，將零件裝在芯軸上采用軸線壓緊減小零件徑向變形。優(yōu)點：裝卸零件方便，能保證較高的同心度，技術要求。缺點：零件內(nèi)孔被芯軸劃傷。2.4磁力吸盤裝夾：通過磁力將零件吸附在吸盤上，零件只承 受軸向力，而徑向不受力。優(yōu)點：可一次加工完零件內(nèi)外圓。缺點：零件找正比較麻煩，使用范圍小，不適合加工有色金屬 類零件。2.5采用軸向夾緊夾具：車薄壁零件時，不使用徑向夾緊，而 選用軸向夾緊方法。零

6、件靠軸向定位套的端面實現(xiàn)軸向夾緊，由于 夾緊力沿零件軸向分布，而零件軸向剛度大，不會產(chǎn)生夾緊變形。圖 7 軸向夾緊夾具優(yōu)點：零件變形小，加工質(zhì)量好 缺點：工藝系統(tǒng)復雜，夾具適用范圍小2.6增加工藝肋：有些薄壁零件可以在其裝夾部位特制幾根工 藝肋，以增強此處剛性，使夾緊力作用在工藝肋上，以減少零件的 變形，加工完畢后，再去掉工藝肋。圖 8 工藝肋優(yōu)點：增加了零件剛性，減小裝夾變形 缺點：不適合大批量加工2.7采用可漲式芯軸裝夾：如圖9所示，裝夾時，工件以彈性心軸 的外圓作為定位基準，通過擰緊或松開夾緊螺釘實現(xiàn)彈性心軸的軸 向移動。由于剛性心軸和彈性心軸間的配合為錐面配合，因此，彈 性心軸沿軸向移

7、動的同時將會產(chǎn)生徑向的脹開或收縮，從而實現(xiàn)對工件的徑向夾緊或松開圖9優(yōu)點：非常適合內(nèi)孔尺寸一致性較差的成批零件加工，制造成 本低。缺點：不適合加工精度要求較高的零件。3.薄壁類零件車削加工工藝的選擇3.1先粗后精：薄壁零件的車削一般應把粗車和精車加工分開進行，粗車后進行熱處理。有些零件形狀復雜、精度要求高，需在粗車和精車之間增加半精車工序，使粗加工產(chǎn)生的變形逐漸得到修 正，幾何形狀和尺寸精度逐步得到提高。當使用同一基準、一次裝卡完成工件半精車和精車加工時，可在精車前松開工件，并把它稍 微轉(zhuǎn)動一下，使它恢復到自由狀態(tài)，再把工件夾緊進行精車，同樣 能達到修正變形的目的。同時使用夾具時應減少工件夾緊

8、和車削時 的變形，以此保證薄壁件質(zhì)量。3.2先內(nèi)后外：因為孔較外圓難加工，易產(chǎn)生變形。先加工內(nèi) 孔，然后加工外圓，可采用芯軸裝夾，以內(nèi)孔定位軸向夾緊，防止 零件加工中產(chǎn)生影響加工精度。3.3次完成在一次裝夾中完成所需要的加工的所以尺寸，主要使用于毛坯料是棒料或帶有工藝臺的薄壁類零件加工。薄壁零件的加工實例圖10薄壁套筒薄壁套筒（如圖10所示）,小批量生產(chǎn)，材料為2A12（硬鋁），外圓44 0 - 0.02 mm,和孔徑40+ 0. 020mm的同軸度要求為0. 02 mm,兩端面平行度為0. 02mm。如果此零件一次加工完 成，變形很大，所以分步驟如下：1）棒料裝夾于三爪定心卡盤中夾緊，車一端

9、面用38 mm鉆頭鉆孔，粗車內(nèi)孔成39 mm,粗車外圓成45. 5 0-0. 03 mm,切斷長60. 5 mm,外徑批差為0. 05 mm（定位用）。2）粗車完成后，轉(zhuǎn)熱處理時效工序，之后裝夾于軟三定 心卡盤中，車一端面總長60. 15 mm;然后做一工裝,鏜一內(nèi)孔長50mm,內(nèi)孔的端面車平，內(nèi)孔和零件的外 圓配合。注意不能擰緊，否則零件內(nèi)孔加工完卸下來之 后內(nèi)，孔會變形，這主要是因為零件外圓不圓造成的|h00. 02B2-0. 5 x 45KA)工裝（如圖11所示）的外圓挑一外螺紋M502 mm,長50 mm,內(nèi)孔車成45. 6 mm,長50 mm,再做一壓帽，內(nèi)螺紋為M50 2 mm長5

10、0 mm壓帽外徑為60 mm,滾花,總長53 mm,壓帽的內(nèi)徑為44.5 mm。圖11工裝圖4.薄壁類零件車床加工時的切削用量選擇我們都知道在切削用量中對切削力影響最大的是背吃刀量（Ap,對切削熱影響最大的是切削速度（Vc）和刀具鋒利狀況。因 此車削薄壁套零件應減小背吃刀量和適當降低切削速度，同時應適 當增大進給量。在精加工時，應采用大的切削速度，小的進給量（F）,當機床精 度降低時，要適當?shù)慕档颓邢魉俣取?)5工薄壁類零件切削用量參數(shù)（精車）零件材料刀片材料切削用量V(r/mi n)F(mm/r)Ap(mm)滲碳鋼Y T15200-3000.05-0.10.1-0.15調(diào)質(zhì)鋼Y T15300

11、-4000.05-0.10.1-0.15不銹鋼Y D15, YG8 200-3000.02-0.050.05-0.15.薄壁類零件加工車刀幾何角度的選擇車刀幾何角度中對切削力影響最大的是主偏角（Kr）、前角（丫0）和刃傾角（入s）。增大前角使車刀鋒利，排屑順利，減小切屑和前 刀面之間的摩擦，減小切削力和切削熱。5.1外圓精車刀Kr=90。93,Kr=15,a0=1416a01=15, 丫0適當增大。5.2內(nèi)孔精車刀Kr=60,Kr=30, 丫0=35,a0=1416,a0仁68,入s=56。6.減小薄壁類零件車削時產(chǎn)生振動措施。6.1調(diào)整車床主軸、拖板、床鞍、刀架和滑動部位間隙，使轉(zhuǎn) 動和滑動

12、部分處于最佳狀態(tài)。6.2使用吸振材料，用軟塑料，橡膠帶，橡膠片、軟橡膠管，棉紗 等材料填充或包裹零件。當工件旋轉(zhuǎn)時，在離心力的作用下橡膠片將緊貼孔壁，能阻礙減振并防止振動傳播車削時減小振動和消除噪 音的作用。6.3填充低熔點的物質(zhì)（如石蠟）就低熔點的物質(zhì)，填入薄壁 類零件和芯軸內(nèi)孔只覺得縫隙，兩端用堵頭封上，不但減小振動， 還可以減小變形。6.4楔形芯軸填充法，使用鋁制楔形芯軸，使楔形芯軸和零件 內(nèi)孔緊密配合達到減振的目的。7.充分冷卻在加工薄壁類零件時，應使薄壁類零件得到冷卻，根據(jù)零件材 料的不同選用合理的切削液來降低切削溫度，減小零件受熱而產(chǎn)生 變形，以提高加工精度。本文闡沐了薄壁零件的加工特點，加工難點分析，從裝夾方法、車刀材料、切削參數(shù)的選擇，車刀幾何角度，減少和防止加工變形 的方法，以及車削薄壁件參數(shù)的選擇，以實例分析了車削工藝的設 計。論文的寫作對于我