薄壁套的加工工艺研究

2014-07-01丁庆福

机械工程师 2014年4期

关键词：装夹砂轮薄壁

丁庆福

（齐齐哈尔永泰机械制造有限公司，黑龙江齐齐哈尔161000）

薄壁套的加工工艺研究

丁庆福

（齐齐哈尔永泰机械制造有限公司，黑龙江齐齐哈尔161000）

对薄壁套零件的加工难点进行了简单说明，提出了引起加工变形的主要原因有两点：一个是受夹具夹紧力作用产生的弹性变形；另外一个是受刀具切削热应力作用产生的塑性变形。结合典型的薄壁套零件的加工过程，详细阐述了有效解决该薄壁套零件在加工过程中产生加工变形的工艺方法。

薄壁套零件；加工工艺；加工变形

0 引言

薄壁套零件既有薄壁类零件的加工特点也有轴套类零件的加工特点，所以薄壁套类零件的加工对工艺设计的要求相对较高，如何设计合理的加工工艺路线是加工的重点。通常薄壁套零件在机器中的作用主要是支撑或轴向定位，另外它主要受径向载荷的作用，轴向一般不受较大的力。由于套类零件结构较简单、加工容易，目前已经在各个领域得到广泛应用。薄壁类零件在加工过程中易产生加工变形的毛病，对于薄壁套零件也不例外。为了有效降低或克服加工中产生的变形，在薄壁套零件的加工过程中需要对加工工艺、装夹方式等进行合理设计，只有合理的工艺路线和装夹方式才能制造出质量优良、精度等级较高的薄壁套零件。

1 薄壁套的加工工艺

1.1 加工零件

本文以典型的轴套零件为例，进行加工工艺设计。如图1所示，该零件的内径尺寸为110.98 mm，其尺寸误差要求为±0.05 mm；外径尺寸为114.42 mm，尺寸误差要求为0～-0.025 mm；长度尺寸为146 mm，无精度要求。另外，零件的内、外径同轴度要求为0.01 mm，内、外表面也要求精加工，且外表面精度要高于内表面的精度要求。由此可知，该零件的加工等级要求较高，重点是确保同轴度和表面精度的要求。

1.2 零件的加工

图1 薄壁套零件

由图1可知，该零件的内外圆精度要求较高，同时内、外径加工后还要保证一定的同轴度，这就给加工过程造成了很大的困难。在切削加工过程中，无论是定位装夹、刀具选择还是切削速度、打磨砂轮的选择任何一个环节都要注意。稍有疏忽就有可能造成该零件在加工过程中发生变形，导致无法满足内、外径同轴度的要求。考虑到该零件的结构特点并结合薄壁零件在加工过程中需要注意的事项，可以初步确定该薄壁套零件的加工过程如下：

1）确定定位方式。通常我们在加工套类零件时会选择工件的内、外径轮换定位的方式，但考虑到该零件的壁厚较薄，如果采取传统的定位方式势必会加剧工件的加工变形，无法保证工件的精度要求。因此，结合零件的结构特点和技术要求，我们可以采取内孔定位先加工外圆的方式，以确保工件表面精度的要求，在加工中有效减少加工变形量的产生。

2）选择合理的夹具。薄壁零件在加工过程中产生变形的原因主要有两个：一个是切削热应力的影响产生的变形；另一个就是在外力作用下发生的表面塑性变形。圆形工件最常用的装夹夹具就是三爪卡盘，卡盘装夹虽然操作较方便，但三个爪的夹紧力很难做到一致。这种装夹方式对于该薄壁套零件的加工非常不利，因壁厚很薄、刚度较弱，再加上不均匀外力的作用势必会造成工件的加工变形。在加工后的工件上，三个爪中夹紧力大的位置变形较大，夹紧力小的位置变形量小些。针对三爪卡盘的弊端，如果使三个或多个夹紧力能够均匀分布，那么就会避免上述的变形情况发生。因此，我们可以采用软爪来装夹，软爪夹紧力比三爪卡盘更均匀，对工件表面造成的压力损伤也较小，更能确保工件的加工质量不受影响。

3）选择合适的刀具。有效减小薄壁零件变形的加工方法就是采取高速切削，利用刀具的高速旋转把加工过程中产生的热应力及时有效地释放出去，避免由于切削热应力而发生的变形。另外，刀具的角度也要选择合适。在切削加工过程中，刀具对工件表面会产生径向作用力，在该力的作用下工件表面会发生弹性变形。因此，对以上薄壁套的加工，我们可以选择前角大、后角相对较小的刀具，这样可以有效降低加工过程中的摩擦，在减小切削热产生的同时也降低了刀具对工件表面的作用力。在选择刀具时一定要结合工件材料的特点，图1所示零件材料为20钢，可以选择高速结构钢刀具，前角取5°～20°，后角取5°～10°为宜。

4）选择磨削用砂轮。在磨削加工选择砂轮时，一般是根据加工零件的材料特性来确定所用砂轮的材料、直径大小以及切削液的种类。考虑到该薄壁套零件的表面精度要求较高，且有很高的同轴度要求，在选择砂轮时可以取直径偏小的类型。磨削的加工过程其实就是线接触磨削，砂轮直径的大小直接影响砂轮与工件表面的接触弧长大小。弧长越大磨削中就会产生更多的磨削热，很容易使工件的表面发生塑性变形，进而影响工件的表面加工精度。根据磨削加工的特点和该薄壁套零件的加工要求，我们选择直径为40 mm的黑色碳化硅砂轮，由于工件的材质是20钢，砂轮的硬度也可以稍微降低一些。磨削的过程不宜选择较大的进给量，且整个磨削加工过程中都要伴随足够的切削液。

2 薄壁套零件的加工

薄壁套零件的最大特点是壁厚较薄、整体刚度弱和机械强度较低，使得加工过程中极易产生加工变形。通过在实际加工过程中的不断摸索，薄壁套零件加工变形的原因可以简单地总结为以下两方面：夹具的夹紧力作用，也称外力作用；切削加工中产生的热应力作用，也称内力作用。工件在夹具夹紧力的作用下，径向强度无法抵抗外部夹紧力的作用时，工件就会发生圆周上的弹性变形。零件在加工过程中高速旋转的刀具和工件表面接触时会产生很大的切削热，由于工件壁薄极容易被热应力穿透，从而使工件表面发生塑性变形。无论是哪种力的作用都会影响到工件的尺寸精度和表面精度。如果在加工中不能有效地解决这些问题，那么薄壁套零件的加工就很难达到技术要求。而如何确定防止薄壁套零件加工变形的工艺路线是该类零件加工的难点。