不锈钢薄圆片零件加工方法探讨

王克强

不锈钢薄圆片零件加工方法探讨

王克强

王克强 路兴涛 朱栋梁

四川省绵阳市919信箱71分箱

王克强（1965-）男，吉林长春，技师，大专，主要从事机械加工。

针对某1Cr18Ni9Ti奥氏体不锈钢材料薄圆片零件的机械加工，开展了使用真空吸具安装和数控车削加工的工艺探讨，设计了专用吸具，加工出了合格零件，工艺方法对类似零件的机械加工具有一定参考价值。`

引言

一个1Cr18Ni9Ti材料的薄圆片状零件如图1所示。

该零件为一不规则的圆片状，外型尺寸Φ120mm╳3mm。上表面较平整。下表面不规则，边缘是Φ120mm/Φ112mm╳1mm的法兰，中央是Φ102mm╳1mm沉孔。基准A为下表面的中央沉孔，平面度指标0.03mm。上表面的平面度指标0.03mm，与基准A的平行度指标0.08mm，表面粗糙度要求Ra0.8μm。

零件的机械加工难点分析

该零件主要存在两大机械加工难点。

① 零件材料是难加工材料。1Cr18Ni9Ti材料属奥氏体不锈钢，其切削加工性差。奥氏体不锈钢材料的强度高、塑性韧性好，致使其在切削加工过程中会发生切削力大、切削区局部温度高等不利因素，使工件产生较大内应力，也会发生加工硬化和刀具粘附磨损等而降低工件加工的尺寸精度。

② 工件形状不规则，刚性弱，在切削加工中易发生不规则的较大变形。

由于上述原因，该零件加工难以保证的精度指标有：平面度和平行度；上表面的表面粗糙度；法兰厚度和中部厚度的尺寸精度。

机械加工工艺对策分析及工艺方案选择

工艺对策分析

对于奥氏体不锈钢材料的切削加工性差问题，主要通过选用恰当的切削刀具、切削参数和冷却液进行解决。在切削刀具的材料选择上，适宜选用YG类硬质合金刀具。原因是：YG类硬质合金不仅韧性好，而且耐磨性、红硬性和导热性都很好，且切屑与刀具间不易粘结，非常适合加工不锈钢材料。在刀具参数选用上应使主偏角大、刀尖圆弧小，以减小切削力和切削热。在切削参数配置上，主要是使切削力小和加工过程中产生的切削热少。在冷却液的选用上，应使用渗透性强的冷却液，如四氯化碳添加矿物油类型的冷却液。

对于工件在加工过程中易发生变形问题，由于主要涉及平面加工，且该零件经机械加工后几乎无法进行变形校正，因而其工艺原则应是：在整个切削加工过程中，将工件的变形量始终控制在精度许可范围内。

图1 薄圆片零件

根据零件精度指标及其形状结构，精加工可以采用车削、磨削、电火花加工等，将三种加工方式比较如下。

（1）车削加工。对于圆片状零件，车削加工相对具有优势。主要原因是：在切削过程中刀具与工件是点接触，产生的切削力小、切削热少，冷却更充分，在工件中产生的内应力小，工件变形相对也小；另外，车削加工的安装方式和夹具的设计也比较灵活。

（2）磨削加工。磨削过程中刀具与工件的接触区域较车削大得多，在工件中产生的内应力也会大得多，工件变形更复杂。由于磨床采用电磁将工件磁化后夹紧，而1Cr18Ni9Ti材料不能被磁化，所以采用磨削加工的可行性差。

（3）电火花加工。针对该零件，如采用电火花精加工，可采用小电极进行类似铣削平面的加工方式。但电火花加工的效率太低。

工艺方案选择

根据上述分析，该零件的平面精加工应优选车削加工。根据零件结构、尺寸及精度指标要求，在精车工序中，安装方式应采用吸具轴向吸持工件进行安装夹紧，工件的第一个精基准平面的平面度应在0.02mm以内较理想，且须保证在精车中工件变形非常小。

加工应分粗车、半精车和精车进行，粗车和半精车后分别安排一次去应力退火处理，采用数控车床和吸具装夹进行精加工，精加工前通过研磨环形凸台在平面度0.02mm以内获得精基准。零件的加工工艺路线如图2所示。

图2 工艺路线

吸具设计

工件经过半精车加工后检测：大外圆尺寸Φ120进入公差，其余尺寸均留约0.2mm余量；大平面的平面度0.13mm，中间凹。

精车前，虽可研磨凸台端面作精基准，但此时工件在厚度方向的刚性弱。要在整个精车过程中控制住工件的平面变形，在吸具设计问题上要考虑两个因素，一是吸具要对与其贴近的工件平面进行约束，二是要消除工件该平面的平面度误差对精加工面的影响。

经分析，半精车后，工件上A基准面的平面度约0.10mm，但如将其分成若干小环带，则每个小环带的平面度会随着其带宽尺寸的减小而减小。

综上所述，将吸具设计成图3所示吸具。

图3 吸具示意图

使用该吸具安装工件时，由A、B、C、D四个小环带与工件上的面相接触，它能够减小工件端面和吸具端面的平面度误差对精车的影响，从而减小工件精车平面的变形。

试加工情况与吸具改进

用该吸具安装工件进行数控精车试加工，两个精车试件的大平面平面度均为0.06mm。上述吸具虽然较大地提高了精加工工件的平面度精度，但离图样要求的指标仍有差距。

对多年开展不锈钢加工所获经验进行梳理分析后，对图3所示吸具作出如下改进：将A、C、D三个环带改进为分别与工件虚接触，间隙约0.02mm。

产品加工情况

采用改进后的吸具安装工件进行数控精车加工，产品的大平面平面度均小于0.03mm，达到图样要求指标。设计加工类似吸具进行工件另一面的精车加工，全部精度指标合格。

使用的刀具及主要切削参数见表1所示。

表1 数控精车使用的刀具及主要切削参数表

结束语

对高强度、塑性好、易变形的薄圆片类零件的车削加工，采用真空吸具进行安装夹紧是保证加工精度的关键措施。

针对奥氏体不锈钢材料的机械加工，需要选用合适的刀具，并优化配置切削参数，才能获得良好的零件表面质量。

10.3969/j.issn.1001-8972.2015.01.064