关于薄壁圈型零件加工方法的探讨

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　　[摘 要]薄壁圈型零件具有体积大、重量轻、变形大的特点，且壁薄，刚性差，加工时容易变形，不易保证加工质量，给该零件的机械加工造成困难，因而阻碍了产品制造和发展。因此，薄壁圈型零件的特殊加工工艺就成为机械加工过程中必须解决的工艺问题。
　　[关键词]薄壁圈型零件；加工方法
　　中图分类号：G712 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2019）04-0290-01
　　前言
　　根据薄壁圈型零件的工艺特征，通过理论分析和试验确定了一种利用数控车床加工该零件的合理的工艺方法，并设计其专用工装夹具。
　　由于数控车床按照预定的加工程序自动加工，加工过程中避免了由于操作人员造成的人为误差，提高了零件加工精度的一致性，对于保证产品质量的稳定起到重要作用。而数控车削技术的应用，极大的提高了生产效率。同时，由于设计和采用了专用的夹具，解决了零件薄壁易变形，加工性能差的难题。
　　1问题及解决方法
　　1.1 零件图分析
　　内孔直径为154mm，壁厚10毫米，高度15毫米。加工此零件的难点，关键是内孔圆度要求0.04mm和直径要求的0.05mm公差（如图1所示）。普通车床加工工艺最终只能保证0.1-0.2的精度，而且不适合批量加工。
　　1.2影响薄壁零件加工精度的因素分析
　　壁薄、直径大是该零件的突出特点。在夹紧力和切削力的作用下，容易产生振动、变形，影响零件车削精度，而且容易引起热变形和应力变形，工件尺寸不易掌握。
　　1.2.1受热变形
　　因工件较薄，切削热会引起工件热变形，使工件尺寸难于控制。為了减小切削热，降低切削温度，可采取以下几种措施：
　　（1） 减小切削力；
　　（2） 车削时需注意控制切削温度的升高，首先通过减小切削变形来减少切削热的产生，同时增大刀尖部分的散热面积以及使用充分的冷却润滑液等途径，将切削热及时传散；
　　（3）选用抗粘结、冷却性好的切削液；
　　（4）切削液的的供液必须充分，最好能采用高压等高效的冷却方法。
　　1.2.2振动变形
　　在切削力的作用下，容易产生振动和变形，影响工件的尺寸精度、形状和表面粗糙度。
　　径向切削力位于水平面上，它垂直于纵走刀方向，揭力使车刀离开工件，而车刀对工件的作用力却是工件在水平方向上弯曲，车削时工件之所以产生振动，大都由于它的影响。
　　减小振动变形的措施：
　　（1）选用刚性好的机床。同时尽可能提高刀具及工件的刚度，如增大刀杆截面积，减少刀具的悬伸长度。
　　（2）采用刚性好的夹具。
　　1.2.3受力变形
　　1.因工件壁薄，在夹紧力的作用下容易产生变形，从而影响工件的尺寸精度和形状精度。 如下图所示
　　采用开口过渡环或增大卡爪与工件的接触面积。通过试验证明：后一种方法夹紧较前一种装夹方式零件的变形较小，但是方法还是不可行，因为变形仍然无法满足加工精度要求。
　　如果转移夹紧力的作用点，如图1.1所示，由径向夹紧改为轴向夹紧，普通薄壁套筒工件的轴向刚性比径向好，零件的变形小，也可以说明轴向压紧方法有利于承载夹紧力，而不致使零件变形。但该零件在夹紧前零件定位面和夹紧面如果稍有平行度误差就会导致夹紧变形，而这种变形在后续的加工中会越来越大，因为二次装夹不能保证每次的变形点是一致的。
　　但是，不管是哪种装夹方法，它们都会使所加工的工件产生变形。至于图1.1，虽然使所加工的零件产生变形很小，但是还是不能满足零件要求的内孔圆度0.04mm，良品率只有20%。
　　二、解决方法
　　2 .1增加零件刚性
　　由于零件本身刚性不足导致加工中易震动，自身的应力变形也较为严重，为了增加零件刚性，将单件加工改为双件加工。并在加工前对零件材料进行调质热处理，以尽量减少应力变形。
　　2 .2 减少受力变形
　　为了减少工件的受力变形和振动变形，设计了三套经济性的工装夹具：
　　（1） 粗车工序采用径向夹紧，几乎以工件整个圆周为接触面。
　　（2）半精加工时采用端面定位，轴向夹紧，内外交叉加工，消除以及修正粗加工带来的变形误差；
　　a.工装夹具通用性强，使夹紧过程可靠；
　　b.不改变工件定位后所占据的正确位置；
　　c.既要保证工件在加工过程中其位置稳定不变、震动小，又要使工件不会产生夹紧变形或变形很小；
　　d. 操作简单方便、省力、安全。结构性好，夹紧装置的结构力求简单、紧凑，便于制造和维修。
　　e.工件的夹紧应采用压力扳手夹紧，使每一个夹紧点的夹紧力相同。
　　（3）由于工件壁薄，夹紧力小，在最后精车时应采用低转速和较小的切削用量（ap和f）；
　　三.零件工艺规程设计
　　3.1确定零件毛坯的制造形式
　　根据图纸要求，材料为Sus430F，从图纸上看，零件最大外径为φ165mm，选择φ165×20mm管材，减少切削量，减少换料时间，提高劳动生产率。
　　3.2设计零件的机械加工工艺路线
　　下料→调质→粗车左端外形→粗车右端外形→修整外形→精车工艺筋→切断→精车外形→精车内形。
　　结论
　　本设计的意义在于，根据薄壁圈型零件的工艺特征，通过理论分析和试验确定一种利用数控车床加工该零件的合理的工艺方法，并设计其专用工装夹具。总结利用数控技术和专用夹具加工薄壁零件的经验，并从理论上加以分析和提高，为制造薄壁零件加工工艺提供依据。同时提高了生产效率并保证加工后零件的质量，最终达到了薄壁零件产品几千、上万等大批量的生产。减少了装夹辅助时间，减轻了操作者的劳动强度，减少了变形的可能性，从而保证了必要的加工精度，经济效益的增加十分明显。
　　参考文献
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　　[3]王志刚，何宁，武凯，姜澄宇，张平，龚会民，陈雪梅.薄壁零件加工变形分析及控制方案[J]；中国机械工程；2002年02期.
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