双球体衬套零件的工艺改进及数控高效加工

李雁

【摘要】本文将从工艺路线的安排、余量的合理计算、刀具的选择、设备的选取、刀具轨迹的优化、加工前零件的采点、最大化的降低切断的变形等方面入手，成功突破薄壁衬套的加工难题，较常规衬套类型零件的加工上均有着飞跃式的创新，为此类新型零件的加工上奠定了基础，开拓了超薄壁、双球体类型衬套加工的新思路。

【关键词】双球型；衬套；薄壁；易变形；数控加工

1、前言

此薄壁接嘴衬套零件是与低压一级导向器相连，起密封和通气的作用。零件结构虽不算复杂，但由于薄壁、呈现双球型结构且容易变形，在加工工程中无法装夹，易导致零件尺寸公差不稳定，造成零件整体尺寸超差。

2、零件的结构特点、材料特点及工艺分析

2.1零件的结构特点

该零件属于典型薄壁件结构，零件总长为13.5mm，外圆最大尺寸为φ11.23mm，且零件存在两处内外球面结构，外球面公差要求较严仅为0.007mm， 按公差累积计算后，壁厚尺寸仅为0.3mm。在零件的右端面处存在R0.2mm的圆弧，且圆弧需与内径尺寸相切。较以往各机种相似的零件在尺寸及结构上给加工造成了很大的困难，对于该零件的加工经验基本空白。

2.2零件的材料特点

零件使用材料是0Cr18Ni9不锈钢，它的可切削性约为0.3-0.05之间，是一种难加工材料。

2.3工艺分析

此零件为壁薄件，切断时的应力变形将是零件合格的最大问题。零件最小壁厚仅为0.3mm，加工后需要进行镀铬处理，因此，零件外球尺寸公差只有0.007mm。且由于零件存在两处内外球，外球若进行磨加工，工装难以实现，且极易导致零件的变形。两处内球若采用传统的镗刀进行加工，易导致零件的过切，需对刀具进行手工磨制，但零件的加工稳定性上必将受影响；另外，零件的测量上，是零件加工过程中的最大问题，尤其是两处球心对端面的距离。

2.4加工方案

针对此薄壁零件的特点初步制定加工方案：将零件加工，安排两道粗加工工序，在去除大部分余量的同时，加工出较为理想的定位基准。

对于切断变形的问题，拟采取两种加工方案并行的方式：

方案一，预留夹持余量15mm，在数控设备上直接切断，其过程中采用3mm宽切刀在切断处先切槽，再用2mm宽切刀切断的方式减小应力变形的方法切断；

方案二，预留夹持余量15mm，在直接切断变形的情况下，采用线切割切断的方式，减小零件的变形量。

3、实际加工存在的问题

零件真正开始加工，面临的首要问题为零件的采点上，采点即要保证R0.2的切点直径为Ф9.8+0.11+0.016，同时要保证R0.2，但是零件的壁厚仅为0.3mm，采点过程中带来不小的麻烦。

4、零件数控加工的改进方案

针对实际加工中出现的问题，我们及时进行了改进，并通过了验证。为提高加工效率，降低工序间周转时间，我们将15、20工序合并到25工序数控车加工中，这样也避免了对刀所产生的误差。为保证加工质量，合理选擇机床、刀具和切削用量至关重要，下面我将结合数控加工的特点进行具体描述。

4.1设备的选择

因零件尺寸要求高，用普通设备手动加工困难，而数控加工形状完全由程序控制，加工准确精度高，故选择数控车床加工。最终选择采用卧式数控车床QTN200-ⅡMSL。

4.2合理选择刀具

4.2.1刀具材料

正确选用刀具材料是保证高效率加工不锈钢的决定因素。根据不锈钢的切削特点，刀具材料应具备足够的强度、韧性、高硬度和高耐磨性且与不锈钢的粘附性要小。由于高速钢切削不锈钢时的切削速度不能太高，因此影响生产效率的提高。对于较简单的车刀类刀具，刀具材料应选用强度高、导热性好的硬质合金，因其硬度、耐磨性等性能优于高速钢。硬质合金是采用高硬度的金属碳化物（WC、TiC、NbC等）与金属粘接剂（Co、Ni等）通过粉末冶金的方法制造的烧结体。它具有较好的较高的硬度、良好的耐磨性和耐热性，使数控机床刀具应用最为广泛的材料，适于数控加工的中速和高速切削。

4.2.2刀具的选择

为了能够实现数控机床上刀具高效、多能、快换和经济的目的，确保加工精度和产品质量的稳定性，工序中全部采用专业刀具生产商提供的机夹刀具。

最终选择刀具：外圆刀杆：PDJNR 2525 M-15

外圆刀片：DNMG1 50608-MF1 CP200

4.2.3选择合适的切削用量

切削用量的大小对生产效率和加工质量有很大影响，切削速度不宜过高（vc=50～80m/min）；切削深度ap不宜过小，以避免切削刃和刀尖划过硬化层，ap=0.4～4mm；因此进给量f对刀具耐用度影响不如切削速度大，但会影响断屑和排屑，拉伤、擦伤工件表面，影响加工的表面质量，进给量一般取f=0.1～0.5mm/r。

4.2.4选择切削液

不锈钢切削中的冷却润滑：采用冷却润滑性能较好的润滑液，如水溶液、乳化液等。

4.3程序编制

G0 X200 Z150

G40

T901

G00 X30 Z20

X0 Z0.2

G0 X200 Z150

……

M30

4.4改进后实际加工效果

根据改进后的加工方法进行生产，效率大幅提高，同时在进行车加工时不再缠屑，切削顺利，尺寸稳定，表面粗糙度达到设计要求。

改进前后加工时间的对照表

从上面的统计数据中可以看出：从普通设备改为数控车加工即节约了时间、降底了生产成本，又提高了零件质量。

5、结论

我们面对原加工工艺中存在的各种问题，客观的从零件结构、加工手段、工装等方面入手，具体分析，大胆试验，经过事实证明，改进后的加工方法切实可行，加工过程稳定，产品质量符合设计要求，并已通过装配试车考核。在实际加工中，其它相似类零件也可从普通设备改为数控设备加工，具有推广意义，给公司带来更大的效益。

参考文献

[1]《金属切削原理与刀具》.陆剑中主编.机械工业出版社，2011.7

[2]《机械加工工艺手册》.孟少农主编.机械工业出版社，1992.1

[3]《材料科学基础》.潘金生等主编.清华大学出版社，2005.3

[4]《数控加工实例》.李超编著.辽宁科学技术出版社，2005.3