薄壁件加工工藝

■北京南口軌道交通機(jī)械有限責(zé)任公司鐵路配件廠 （102202） 王志國(guó)

薄壁件加工工藝

■北京南口軌道交通機(jī)械有限責(zé)任公司鐵路配件廠 （102202） 王志國(guó)

摘要：分析薄壁零件結(jié)構(gòu)及加工難點(diǎn)，改進(jìn)加工工藝路線，經(jīng)批量加工驗(yàn)證，成品尺寸和形狀位置精度均符合圖樣要求。

1. 零件結(jié)構(gòu)

我廠加工風(fēng)電齒輪箱的一種零件滑環(huán)軸環(huán)，材質(zhì)為18CrNiMo7–6，毛坯為鍛件，外圓直徑140h8（0-0.063）mm，內(nèi)孔直徑130js（±0.013）mm，壁厚為5mm，寬度為22mm，且還有兩個(gè)直徑為135mm的內(nèi)環(huán)槽，環(huán)槽處壁厚只有2.5mm。零件技術(shù)要求外圓要滲碳淬火，硬化層深度為0.4～0.8mm，硬度達(dá)到58～62HRC，同時(shí)還要求內(nèi)孔圓柱度0.012mm，外圓對(duì)內(nèi)孔的全跳動(dòng)0.03mm。零件結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2. 加工難點(diǎn)

由圖樣和技術(shù)要求可知，此零件加工有3個(gè)難點(diǎn)：①薄壁件壁厚5mm，要求內(nèi)孔圓柱度0.012mm，外圓相對(duì)內(nèi)孔的跳動(dòng)0.03mm。②內(nèi)孔有兩個(gè)環(huán)槽，而且深度是壁厚的一半，車內(nèi)環(huán)槽切削力很大，無(wú)疑是給薄壁件加工保證精度增加了難度。③零件外圓要求滲碳淬火，硬度58～62HRC，同時(shí)車去碳層的內(nèi)孔的硬度也在35HRC左右。

圖1　滑環(huán)軸環(huán)

3. 工藝路線改進(jìn)

一般的環(huán)類零件有兩種加工方案：一種是一個(gè)毛坯出多件零件，直接夾著車削端面、外圓和內(nèi)孔及切斷，然后掉頭車端面就可成活；另一種是一個(gè)毛坯出一個(gè)零件，先車內(nèi)孔或外圓和端面，掉頭車相應(yīng)的外圓或內(nèi)孔及端面成活。顯然，根據(jù)滑環(huán)軸環(huán)圖樣的同軸度要求，且薄壁件熱處理易變形，淬火工序外圓留量很小也要求控制熱處理變形，所以第一種加工方案更加適合（多件毛坯熱處理變形量會(huì)減小）。但是切斷時(shí)淬火后硬度達(dá)到58～62HRC，需要線切割，雖然線切割成本高一些，但考慮到零件精度和熱處理變形，并且線切割過(guò)程零件不受切削力，在保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，還是可以接受的。

開(kāi)始試制的過(guò)程中備料為環(huán)料，工藝過(guò)程為：①備鍛件料→②車環(huán)料→③滲碳處理→④車碳層→⑤淬火處理→⑥精車一端成活→⑦切斷→⑧掉頭車端面→⑨去毛刺。在加工過(guò)程中要求滲碳層深度，工序②粗加工外圓尺寸就給精車留量0.5mm，即外圓尺寸140.5mm，精車時(shí)，雖然端面內(nèi)孔已經(jīng)車去碳層，但滲碳淬火后內(nèi)孔的硬度也在35HRC左右，車內(nèi)孔環(huán)槽的切削力又很大，所以在工序⑥精車時(shí)的裝夾力很大，需要液壓卡盤的壓力為15kg/cm2。這樣裝夾后，外圓變形量超過(guò)0.5mm，導(dǎo)致車削外圓時(shí)只能車削到三點(diǎn)，與三爪對(duì)應(yīng)的三點(diǎn)因變形而車削不到。減小到最小裝夾力，可以避免以上情況，車削后卡盤松開(kāi)，用外徑千分尺測(cè)量，外圓和內(nèi)孔變形已經(jīng)超差很多，達(dá)不到圖樣要求。

經(jīng)分析，備料環(huán)料是一塊毛坯出多件零件，雖然切斷避免了直接裝夾，但是夾緊力過(guò)大，變形太多。為了解決這一問(wèn)題，改變鍛件的結(jié)構(gòu)（見(jiàn)圖2），在環(huán)料一端改為盤結(jié)構(gòu)，增加裝夾工藝端，裝夾此部分進(jìn)行加工，效果

和裝夾實(shí)心軸接近，可以明顯減少裝夾變形。

圖2　改進(jìn)后鍛件粗車圖

還是按原來(lái)的工藝路線加工，精車完，用外徑千分尺測(cè)量，外圓和內(nèi)孔尺寸沒(méi)有出現(xiàn)超差現(xiàn)象。線切割切斷，掉頭車端面并倒角。三坐標(biāo)測(cè)量結(jié)果圓柱度和跳動(dòng)還是超差。超差的原因可能有兩種，一是工序⑥精車的時(shí)候雖然減小裝夾力，但是零件還是受影響，測(cè)量尺寸不超差，但是多次測(cè)量一周還是發(fā)現(xiàn)圓柱度不理想；二是工序⑧掉頭車端面時(shí)裝夾外圓破壞了原來(lái)的圓柱度。為了證實(shí)推斷，3件是精車后不進(jìn)行切斷直接去測(cè)量，3件是掉頭車削后，成活去測(cè)量，結(jié)果兩種都超差，但是后者超差更嚴(yán)重。前者是超0.02mm左右，后者是超0.1mm左右。由此得出結(jié)論：工序⑧裝夾外圓嚴(yán)重地破壞了原來(lái)工序⑥精車的圓柱度。

由于內(nèi)環(huán)槽與內(nèi)孔外圓沒(méi)有嚴(yán)格的同軸度要求，為了避免超差現(xiàn)象，經(jīng)過(guò)考慮和論證，原來(lái)工序⑥精車把環(huán)槽車到尺寸φ135mm，內(nèi)孔留0.5mm，外圓不車，還是0.5mm的加工量。然后切斷，掉頭精車端面、外圓和內(nèi)孔。此時(shí)為了避免裝夾力引起的變形，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)經(jīng)討論，最終確定用超強(qiáng)力永磁吸盤（此種吸盤吸力大，同時(shí)精車留量也比較小，為0.5mm）吸附已車端面進(jìn)行掉頭車削，改徑向夾緊為軸向吸緊，此種方法避免了徑向裝夾力變形，同時(shí)內(nèi)孔和端面、外圓是一次裝夾一道工序一次車削完成，也符合精基準(zhǔn)選擇統(tǒng)一基準(zhǔn)的原則，保證了內(nèi)外圓的同軸度及中軸線和端面的垂直度。

調(diào)整后的工藝路線為：

（1）備料鍛件：符合鍛件性能要求和圖樣要求，留有裝夾工藝端（見(jiàn)圖2）。

（2）粗車鍛件：內(nèi)孔和端面留出車碳層的量（見(jiàn)圖2）。

（3）半精車外圓：考慮滲碳層有效深度，給精車留量0.5mm。

（4）滲碳處理：零件外表面全部滲碳，厚度0.7～1.1mm。

（5）車碳層：內(nèi)孔、端面不需要滲碳的部分，車削掉碳層，只有圖樣要求的外圓有滲碳層。

（6）淬火處理：含碳量高的外圓硬度達(dá)到圖樣要求。

（7）半精車內(nèi)孔：夾工藝端，車削端面、內(nèi)孔留0.5mm量、環(huán)槽到成活尺寸135mm（見(jiàn)圖3）。

（8）切斷：線切割切斷，以已車端面為基準(zhǔn)面，寬22.5mm，端面留量0.5mm。

圖3　半精車內(nèi)孔圖

（9）精車：掉頭，吸盤吸附已車端面，打表找正外圓在0.05～0.10mm以內(nèi)，用陶瓷刀片或者立方氮化硼刀片（刀片價(jià)格雖比普通刀片高一點(diǎn)，但是精加工余量?jī)H為0.5mm，所消耗的刀片數(shù)量很少，對(duì)總的刀具成本影響不大）精車端面、內(nèi)孔和外圓到成活尺寸（見(jiàn)圖4），其中內(nèi)孔用涂層的硬質(zhì)合金刀片。

（10）去毛刺。

（11）清洗包裝。

圖4　精車圖

4. 結(jié)語(yǔ)

經(jīng)批量加工驗(yàn)證，改進(jìn)后的工藝路線更加貼近生產(chǎn)，成品尺寸和形狀位置精度均符合圖樣要求。

參考文獻(xiàn)：

[1] 陳明. 機(jī)械制造工藝學(xué)[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005.

收稿日期：（20150305）