小型薄壁零件數控車加工技術

■長治清華機械廠 （山西 046012） 萬 慶 李曉波

小型薄壁零件數控車加工技術

■長治清華機械廠 （山西 046012） 萬 慶 李曉波

摘要：通過對小型端面薄壁零件加工難點分析，設計了零件加工工裝，改進了加工工藝，從而保證了小型端面薄壁零件的加工質量。

利用數控車床進行端面薄壁零件加工時，存在以下加工難點：①工件受裝夾力變形。工件端面壁薄，在夾緊力作用下易產生變形，影響工件的尺寸和形狀精度。②工件車削過程中受熱變形。工件切削加工過程中產生熱變形，影響工件尺寸精度。③加工振動變形。在徑向切削力作用下，加工過程中產生的振動和變形將導致工件表面粗糙度值超差。

綜合以上因素考慮，需要根據圖樣要求設計加工夾具，合理選擇刀具幾何參數及切削用量來保證工件技術要求。

1. 零件結構及技術要求

圖1所示為一典型的小型端面薄壁零件。材料為高強度硬鋁2A12-H112（GB/T 3191-1998)，外徑為10mm，內徑為6mm，端面壁厚僅為0.07mm。技術要求：薄膜處用10倍放大鏡檢查，不得有劃痕。

該零件尺寸小，裝夾不易實現；且零件為硬鋁材料，較大夾緊力易造成工件塑性變形，從而影響加工精度；端面厚度要求為（0.07±0.005）mm，加工過程中受夾緊力和切削力及切削熱影響，極易變形，很難保證要求。

圖1

2. 端面薄壁零件加工難點

（1）裝夾不當易變形，壁厚尺寸不易控制。從零件圖樣及技術要求來看，零件加工要考慮保證工件的尺寸精度、定位精度，制定合理的加工工藝；同時裝夾過程中盡可能減小零件的加工變形，選用合理的裝夾方案。

此零件加工的難點一方面在于端面厚度尺寸不易控制，加工過程中極易變形；另一方面車削過程中的受力點與夾緊力作用點不容易控制，車削過程中產生彈性變形，導致成品的平面度和平行度超差。

在加工端面薄壁時，如果采用自定心卡盤的裝夾方式，會因工件長度較短，找正困難；上道工序端面加工留0.2mm余量，但松開自定心卡盤后，會因零件的彈性恢復，使已車削端面變成邊沿薄中間厚的弧面，這樣將導致零件的塑性變形，最終導致精鏜工序時，端面加工破裂。因此在加工過程中必須考慮如何裝夾定位的問題。

（2）切削熱對加工精度的影響。車削過程中，切削熱的產生不可避免，因為零件切削層金屬的彈性/塑性變形，刀具與零件、刀具與切屑間的摩擦所消耗的能量，絕大部分轉化成切削熱。在車削薄壁零件時，為保證端面厚度尺寸，通常采用單面車削的方式，導致零件單面受熱，薄壁兩面間形成溫差而變形，造成幾何形狀誤差，易形成凸狀或凹狀，產生缺陷如圖2所示，零件加工精確度難以控制。

綜上所述，決定采用專用夾具裝夾的方式來解決零件裝夾定位問題。

3. 薄壁零件加工工藝改進

（1）夾具設計：根據零件結構特點設計專用夾具如圖3所示。

圖2

圖3

圖4所示為薄壁零件在夾具中的安裝圖。利用工件外圓及左端面作為定位基準面，通過其與過渡聯接法蘭凹槽的端面和外圓相配合，限制工件沿徑向方向的旋轉及移動自由度，通過聯接套的固定限制工件沿軸向方向的自由度。

（2）零件定位裝夾方法：車削加工時，將過渡聯接法蘭夾持在數控車床的自定心卡盤臺階處緊靠卡爪，用百分表校正過渡聯接法蘭的外圓及端面。零件以左端面為基準，對正過渡聯接法蘭凹槽端面，外圓相配合；通過螺紋聯接緊固聯接套，并限制零件的軸向移動。采取這種裝夾方式，能避免直接裝夾帶來的表面損傷；變徑向夾緊為軸向夾緊，工件不受裝夾力影響，靠軸向端面定位，使夾緊力沿工件圓周方向分布，減少夾緊變形；同時避免卸拆帶來的彈性變形，實現一次裝夾粗、精鏜內孔及端面，避免重復裝夾引起的塑性變形；另一方面，夾具凹槽與工件圓周面、薄壁端面緊密接觸，也起到了散熱作用。

（3）刀具材料選擇：工件材料為2A12，是一種高強度硬鋁，其抗拉強度σb≥410MPa；屈服強度σ0.2≥265MPa。為確保加工精度，選擇白鋼刀作為鏜刀刀具材料，刀具的幾何角度一次磨削成形。

（4）刀具幾何參數選擇：在車削過程中，切削力的產生是必然的，但通過合理選擇刀具幾何角度可以改變其大小。精鏜內孔時，刀柄剛度要求高，車刀的修光刃不易過長（選取0.2～ 0.3mm），刃口鋒利。刀具幾何角度如圖5所示。

圖4

圖5

（5）切削用量選擇：切削用量的選擇直接影響切削力的大小。切削速度增加時，切屑在較短時間內被切除，絕大部分切削熱被切屑帶走，減少工件熱變形；其次，由于切削速度高，切削層材料軟化部分減少，減少零件加工的變形，有利于提高加工表面質量，但容易產生振動。當進給量較少時，振幅較大。建議切削用量選擇切削速度ν=80 ～100m/min，切削深度τ=0.01 ～0.03m m，進給量為0.11～0.16mm/r。

（6）切削液選擇：車削過程中產生的熱變形，會破壞零件與刀具相對運動的準確性，因此利用切削液的冷卻來降低切削工作區的溫度，同時還能達到潤滑的效果，降低零件表面粗糙度值。根據經驗，選用混合切削液可有效提高零件加工表面質量并延長刀具壽命。

4. 結語

通過實際數控車削加工，證明加工生產工藝流程，夾具設計、刀具及幾何角度選擇，切削用量的選擇合理，減少了裝夾校正時間，提高了生產效率，且這種加工方式能有效保證零件加工精度，尤其是壁厚尺寸，甚至可以控制得更精準。

收稿日期：（20150116）