薄壁零件运用数控技术的加工技术分析

于运红

摘要：针对一单边0.64mm厚的薄壁零件（材料：1Cr18Ni9Ti），要求两端进行高精度圆弧加工。精车时选用尼龙制作软爪工装夹具以降低薄壁零件的振动和变形，使用GSK6363数控车床进行加工，并制定了相关的加工工艺，完成了对薄壁零件的加工。

关键词：薄壁零件;工装夹具;GSK6363数控车床

1前言

随着现代科技技术向精细化方向发展，越来越多的产品趋向于小型化、精密化，所以薄壁类零件的应用在逐渐增多，在某些领域甚至作为关键构件。例如薄壁套类零件通常配合轴类零件使用，起到支承和导向的作用，因其具有质量小、结构紧凑、材料成本低等特点，在现代工业中得到应用广泛，但是薄壁类零件在加工过程中容易变形甚至破裂，成品质量难以保证。因数控机床是依据技术人员设定的程序对零件进行自动加工的，排除了人的因素引入的加工误差，具有加工精度高、生产效率高等特点，设计选用GSK6363数控车床进行该薄壁类零件的加工。根据零件的质量要求，制定匹配的加工工艺，通过合理的刀具选择和工装设计，使用数控技术实现薄壁零件的高精度加工制造。

2 零件图样介绍

根据零件图可得，该零件是薄壁类套筒类，综合零件形状以及零件材料得知，普通的车削工艺难以实现该零件的加工，无论是装夹还是图示质量要求上都很难保证。首先，在单边仅0.64mm的壁厚情况下很难保证内孔与外圆的同轴度要求，且该零件还要求两端有高精度圆弧加工;其次该零件材料为1Cr18Ni9Ti，其中镍含量7%-20%，铬含量12%-25%，该种材料使得切削变得困难，容易产生表面硬化，造成后续加工的困难，一般的刀具很难满足切削要求。为了按照要求实现该零件的加工，需要完成刀具选择、加工工艺、走刀路线、工装夹具、程序编程等工作。总结该薄壁零件的加工精度主要受到以下三种因素的影响：

（1）镍铬不锈钢材料硬度大、粘度大、容易磨损刀具。

（2）工件两端圆弧形状、精度要求造成装夹困难，内孔和外圆的同轴度要求难以保证。

（3）零件的壁厚过薄，容易受力变形，加工时难以控制加工精度。

3 加工前的准备

3.1 刀具材料的选择

首先分析以往不锈钢切削过程中存在的问题：

（1）基于不锈钢材料的塑形特性，在切削时切削力较其他材料工件大;再者，加工过程中产生的热量会使得不锈钢硬度增大，强度增加，造成切削困难，切屑也不易卷曲折断，1Cr18Ni9Ti材料的单位切削力要比45号钢大四分之一。

（2）切削温升高。1Cr18Ni9Ti材料在切削时有较大塑性变形且与刀具摩擦力大，切削温升高;切削时热量在切削区和切屑间集中，不利于散热，在其他条件保持一致的情况下，1Cr18Ni9Ti材料切削时切削区温度较45号钢要高出200摄氏度。

（3）易造成刀具磨损。不锈钢在切削过程中会产生亲和作用，致使切屑在刀具上粘结、扩散，容易在刀具的前刀刃处造成月牙洼，或者会造成刀刃出现缺口;再者不锈钢中TiC成分硬度很高，切削时容易出现硬化现象，加速刀具的磨损。

（4）线膨胀系数大。相比之下，不銹钢的线膨胀系数为碳素钢的1.5倍，切削加工时，产生大量的热量，工件受热热变形明显，容易造成尺寸精度失控，所以，在进行不锈钢材料工件的切削加工时，刀具的选择至关重要。结合以上不锈钢的切削性能，切削不锈钢材料的刀具应该具有足够的硬度、韧性、强度、耐磨性以及较小的粘附性。

通过以往的加工经验得知，通过化学气相法或者物理气相法在刀具表面涂覆一层高硬度、熔点高的金属化合物可以强化刀具的硬度、韧性、耐磨性等，同时还可以提高刀具的寿命，且涂层的刀具不仅适用于不锈钢的切削，对其它材料的切削也适用，具有良好的通用性。所以，综合以上，针对1Cr18Ni9Ti不锈钢材料的加工，最终选用YG类涂层刀具作为厚道工序的精加工，以保证加工精度以及加工效率。

2.2 解决零件的装夹问题

通过对零件图的分析得到，该零件的加工需要进行两次装夹：第一次以外圆为基准装夹进行内孔的加工，第二次再以内孔为基准进行车外圆。结合该工件的外形尺寸，设计工装夹具如下图2所示。

在前期加工探索中，第一次使用45号钢制作工装夹具，装夹效果良好，但是零件加工完成以后发现加工的内孔壁存在划痕，表面粗糙度较差，超出图纸要求;第二次试用相对较软的酚醛塑料制作工装夹具，车削时淋上冷却液后零件在夹具上出现打滑现象，无法有效的进行零件的车削，精度更无从谈起，所以酚醛塑料作为工装的方案也失败;最后发现，聚酰胺（PA）即我们说的尼龙材料，在机械强度、韧性、刚度、耐磨性方面都较好，使用PA制作的工装夹具具有良好的减振效果，车削加工时未出现打滑现象，装夹紧固性好，加工出来的零件精度得到有效保证。通过对该类材料的对比发现，PA类材料中的PA6尼龙比其他尼龙的机械强度、刚度、耐磨性以及耐热性能更好，所以，选用PA6制作工装夹具进行1Cr18Ni9Ti材料的加工，该工装具有以下特点：

（1）PA6尼龙材料制作的工装具有良好的韧性，硬度，材料的扩张力好，不会造成零件的划伤，可以满足零件的表面粗糙度要求。

（2）通过使用径向夹紧的方法，利用零件的内孔圆周作为装夹接触面，避免了零件在 车削过程中的振动，解决了加工过程中的变形问题。

（3）在该工件的定位止端面和工装夹具上，以零件的端面圆弧为基准进行圆弧的重复加工，并与该工件的端面圆弧定位接触。

（4）该工装结构简单，制作难度小。

3 零件加工工艺规程

根据零件图上圆弧计算出基准点，制定车削工艺：粗车→半精车→时效处理→精车。

4 结论

通过结合不锈钢加工经验和数控机床加工特点，针对此类薄壁圆弧类件的加工，制作了适用的工装夹具，选择了适合的刀具，很好的利用了技术和材料的进步。实践证明，新型涂层类刀具结合数控技术进行高精度、工艺复杂件的加工，具有明显的现实意义，可以为企业带来良好的经济效益。

参考文献：

[1]张红.薄壁零件加工方法研究[J].内燃机与配件，2020（05）：98-100.

[2]晋康.薄壁圆形零件的工艺分析及编程加工[J].机械工程与自动化，2020（01）：135-136.