薄壁螺紋殼體零件批量加工工藝設計

■淮海工業集團有限公司 （山西長治 046012） 李紹忠 田晉玲 王彩芳 張澤云

薄壁螺紋殼體零件批量加工工藝設計

■淮海工業集團有限公司 （山西長治 046012） 李紹忠 田晉玲 王彩芳 張澤云

摘要：通過分析薄壁螺紋殼體零件的技術要求，結合零件加工特點和機床裝夾方式，設計與機床匹配的夾具，選擇方便快捷的裝夾方式，解決了加工中易出現的零件容易變形、切削效率不高及良品率較低等問題，保證了產品加工精度和設計要求。

1. 零件分析

我單位生產的某薄壁螺紋殼體零件如圖1所示，該零件材料為40Cr，最小壁厚1.45mm，零件熱處理后硬度320～360HBW。產品要求以螺紋為基準，保證與大端面的垂直度要求和外形的跳動要求。該薄壁零件在加工中存在的加工難點是：①要克服切削應力和裝夾對零件造成的形變。②要保證零件表面粗糙度質量和相關尺寸精度。③零件形位公差以內螺紋為基準，對夾具設計的要求較高。

圖1　薄壁螺紋殼體零件

2. 工藝方案設計

零件毛坯為鋼管，傳統的加工方法為：夾緊毛坯加長部位→完成外圓弧形→完成內孔弧形及螺紋加工→切斷保證長度尺寸。這樣能保證產品質量，也能較好地克服加工過程中的變形問題。由于每個零件均帶有工藝夾頭，應用這種工藝方法在大批量生產中，會造成對原材料的極大浪費。

根據零件的結構特點、大批量生產特性和材質切削特性，確定如下加工工藝路線：①平端面保證長度63mm、車外圓φ104mm和內孔φ78mm。②熱處理保證硬度320～360HBW。③半精車端面、外圓柱，消除熱處理變形。④半精車另一端面，內孔及內弧形留1mm余量。⑤平端面，車M96螺紋。⑥以M96螺紋和大端面定位，精車內外形，并保證長度。

工藝要點說明如下：

（1）工序③、④為半精車工序，殼體零件通過半精車工序，有效控制了變形，隨著零件加工余量的逐漸去除，零件的應力逐漸釋放，為后續加工減少形變打下良好的基礎。

（2）工序⑤對螺紋及端面進行精加工，為精加工內外形提供精確定位基準。該工序加工時，因為外圓及內孔和內弧形已加工過，零件壁厚已經變薄，卡盤夾緊時，要產生夾緊變形。因此，要求夾緊部位必須與加工部位

（螺紋加工）有一定的間距，并保證一定的夾持力，以防止夾持力不夠或因夾持力過大造成的形變。

（3）工序⑥精車內外形，以螺紋和大端面為基準，將內外形在一次裝夾中同時加工，以保證尺寸和形位公差要求。如用卡盤撐脹方式夾緊螺紋底孔，徑向受力必然導致零件的彈性變形，尺寸和形位公差無法保證，還易造成螺紋損壞。而以螺紋和大端面為基準軸向拉動夾緊，則不會產生徑向夾緊變形和螺紋損壞。因此用螺紋夾具軸向拉動夾緊的方式，能有效地減少零件形變的發生，同時，還有利于零件裝夾和卸下，很好地保證了產品的精度要求和生產效率。

3. 螺紋夾具設計

螺紋夾具結構如圖2所示，由拉桿、過渡套、螺釘銷、本體和螺紋心軸組成。

本體與數控車床主軸聯接。螺紋心軸的右端螺紋心軸與零件聯接，圓柱部位與本體配合，左端小螺紋通過過渡套與拉桿聯接。拉桿左端直接與機床油缸聯接。使用時，零件螺紋旋入螺紋心軸，機床油缸拉緊拉桿，實現了零件的定位和拉緊；加工完成后，拉桿推出，將零件旋出螺紋心軸，則取下了零件。制作螺紋夾具時，螺紋夾具的本體定位端面由加工機床車成，保證與主軸的垂直度要求。零件螺紋在上道工序對尺寸公差要進行內控壓縮，使零件與螺紋心軸聯接后徑向跳動在產品要求范圍之內，以保證零件形位公差的要求。

圖2　螺紋夾具示意圖

4. 刀具及切削用量選擇

（1）在應用螺紋夾具車內外形時，要注意刀具的副偏角應大于零件圓弧切線角；在零件軸向對刀必須準確，避免車內形刀桿與螺紋心軸端面產生干涉。

（2）精車內外形時，要將粗、精加工工序的刀具分開。精加工刀具刀片前角要稍大，刀尖圓角要較小，保證刀片足夠鋒利，減小切削應力給零件帶來的形變。

外圓刀桿兩把，型號為MDJNL2525M15，主偏角93°，安裝D型（55°菱形）負角型刀片。粗加刀片為DNMG150608-DM；精加刀片為DNMG150604 -PF。

內孔車刀兩把，型號為S32U -SDQCL11，主偏角107.5°安裝D型正角型刀片。粗加刀片為DCMT11T304-PM；精加刀片為DCMT11T304-PF。

（3）在加工薄壁零件過程中，切削用量以淺切深、高轉速、小進給為宜。主要切削參數（其中n為轉速，ap為切深，f為進給量）選擇如下。①外圓粗加工：n=500r/min，ap=0.75mm, f=0.25～0.30mm/r。②內孔粗加工：n=500r/min，ap=0.60mm，f=0.20～0.30mm/r。③外圓精加工：n=550r/min，ap=0.10mm，f=0.10～0.15mm/r。④內孔精加工：n=550r/min，ap=0.15mm，f=0.10～0.15mm/r。

（4）為了減小切削熱對零件變形的影響，加工中要進行充分冷卻。

5. 結語

通過1 0 0多萬件的生產證明，此類螺紋薄壁零件采用先進的加工工藝方法、合適的刀具材料及幾何角度、合理的螺紋夾具，完全能夠解決零件加工中的變形問題，并且滿足大批量生產的要求。既保證了產品尺寸精度要求，也節約了大量原材料，為企業創造了更大的經濟效益與價值。

參考文獻：

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[2] 蔡春源，汪愷，等. 機械設計手冊[M]. 北京：機械工業出版社，2000.

[3] 余光國，馬俊. 機床夾具設計[M]. 重慶：重慶大學出版社，2005.

[4] 朱耀祥，浦林祥. 現代夾具設計手冊[M]. 北京：機械工業出版社，2010.

收稿日期：（20141107）