薄壁件加工工艺

■北京南口轨道交通机械有限责任公司铁路配件厂 （102202） 王志国

薄壁件加工工艺

■北京南口轨道交通机械有限责任公司铁路配件厂 （102202） 王志国

摘要：分析薄壁零件结构及加工难点，改进加工工艺路线，经批量加工验证，成品尺寸和形状位置精度均符合图样要求。

1. 零件结构

我厂加工风电齿轮箱的一种零件滑环轴环，材质为18CrNiMo7–6，毛坯为锻件，外圆直径140h8（0-0.063）mm，内孔直径130js（±0.013）mm，壁厚为5mm，宽度为22mm，且还有两个直径为135mm的内环槽，环槽处壁厚只有2.5mm。零件技术要求外圆要渗碳淬火，硬化层深度为0.4～0.8mm，硬度达到58～62HRC，同时还要求内孔圆柱度0.012mm，外圆对内孔的全跳动0.03mm。零件结构如图1所示。

2. 加工难点

由图样和技术要求可知，此零件加工有3个难点：①薄壁件壁厚5mm，要求内孔圆柱度0.012mm，外圆相对内孔的跳动0.03mm。②内孔有两个环槽，而且深度是壁厚的一半，车内环槽切削力很大，无疑是给薄壁件加工保证精度增加了难度。③零件外圆要求渗碳淬火，硬度58～62HRC，同时车去碳层的内孔的硬度也在35HRC左右。

图1　滑环轴环

3. 工艺路线改进

一般的环类零件有两种加工方案：一种是一个毛坯出多件零件，直接夹着车削端面、外圆和内孔及切断，然后掉头车端面就可成活；另一种是一个毛坯出一个零件，先车内孔或外圆和端面，掉头车相应的外圆或内孔及端面成活。显然，根据滑环轴环图样的同轴度要求，且薄壁件热处理易变形，淬火工序外圆留量很小也要求控制热处理变形，所以第一种加工方案更加适合（多件毛坯热处理变形量会减小）。但是切断时淬火后硬度达到58～62HRC，需要线切割，虽然线切割成本高一些，但考虑到零件精度和热处理变形，并且线切割过程零件不受切削力，在保证产品质量的前提下，还是可以接受的。

开始试制的过程中备料为环料，工艺过程为：①备锻件料→②车环料→③渗碳处理→④车碳层→⑤淬火处理→⑥精车一端成活→⑦切断→⑧掉头车端面→⑨去毛刺。在加工过程中要求渗碳层深度，工序②粗加工外圆尺寸就给精车留量0.5mm，即外圆尺寸140.5mm，精车时，虽然端面内孔已经车去碳层，但渗碳淬火后内孔的硬度也在35HRC左右，车内孔环槽的切削力又很大，所以在工序⑥精车时的装夹力很大，需要液压卡盘的压力为15kg/cm2。这样装夹后，外圆变形量超过0.5mm，导致车削外圆时只能车削到三点，与三爪对应的三点因变形而车削不到。减小到最小装夹力，可以避免以上情况，车削后卡盘松开，用外径千分尺测量，外圆和内孔变形已经超差很多，达不到图样要求。

经分析，备料环料是一块毛坯出多件零件，虽然切断避免了直接装夹，但是夹紧力过大，变形太多。为了解决这一问题，改变锻件的结构（见图2），在环料一端改为盘结构，增加装夹工艺端，装夹此部分进行加工，效果

和装夹实心轴接近，可以明显减少装夹变形。

图2　改进后锻件粗车图

还是按原来的工艺路线加工，精车完，用外径千分尺测量，外圆和内孔尺寸没有出现超差现象。线切割切断，掉头车端面并倒角。三坐标测量结果圆柱度和跳动还是超差。超差的原因可能有两种，一是工序⑥精车的时候虽然减小装夹力，但是零件还是受影响，测量尺寸不超差，但是多次测量一周还是发现圆柱度不理想；二是工序⑧掉头车端面时装夹外圆破坏了原来的圆柱度。为了证实推断，3件是精车后不进行切断直接去测量，3件是掉头车削后，成活去测量，结果两种都超差，但是后者超差更严重。前者是超0.02mm左右，后者是超0.1mm左右。由此得出结论：工序⑧装夹外圆严重地破坏了原来工序⑥精车的圆柱度。

由于内环槽与内孔外圆没有严格的同轴度要求，为了避免超差现象，经过考虑和论证，原来工序⑥精车把环槽车到尺寸φ135mm，内孔留0.5mm，外圆不车，还是0.5mm的加工量。然后切断，掉头精车端面、外圆和内孔。此时为了避免装夹力引起的变形，根据经验经讨论，最终确定用超强力永磁吸盘（此种吸盘吸力大，同时精车留量也比较小，为0.5mm）吸附已车端面进行掉头车削，改径向夹紧为轴向吸紧，此种方法避免了径向装夹力变形，同时内孔和端面、外圆是一次装夹一道工序一次车削完成，也符合精基准选择统一基准的原则，保证了内外圆的同轴度及中轴线和端面的垂直度。

调整后的工艺路线为：

（1）备料锻件：符合锻件性能要求和图样要求，留有装夹工艺端（见图2）。

（2）粗车锻件：内孔和端面留出车碳层的量（见图2）。

（3）半精车外圆：考虑渗碳层有效深度，给精车留量0.5mm。

（4）渗碳处理：零件外表面全部渗碳，厚度0.7～1.1mm。

（5）车碳层：内孔、端面不需要渗碳的部分，车削掉碳层，只有图样要求的外圆有渗碳层。

（6）淬火处理：含碳量高的外圆硬度达到图样要求。

（7）半精车内孔：夹工艺端，车削端面、内孔留0.5mm量、环槽到成活尺寸135mm（见图3）。

（8）切断：线切割切断，以已车端面为基准面，宽22.5mm，端面留量0.5mm。

图3　半精车内孔图

（9）精车：掉头，吸盘吸附已车端面，打表找正外圆在0.05～0.10mm以内，用陶瓷刀片或者立方氮化硼刀片（刀片价格虽比普通刀片高一点，但是精加工余量仅为0.5mm，所消耗的刀片数量很少，对总的刀具成本影响不大）精车端面、内孔和外圆到成活尺寸（见图4），其中内孔用涂层的硬质合金刀片。

（10）去毛刺。

（11）清洗包装。

图4　精车图

4. 结语

经批量加工验证，改进后的工艺路线更加贴近生产，成品尺寸和形状位置精度均符合图样要求。

参考文献：

[1] 陈明. 机械制造工艺学[M]. 北京：机械工业出版社，2005.

收稿日期：（20150305）