環形薄壁件車削的工裝設計

張益泉，趙發銀

(中國兵器工業第五八研究所 產品制造部，四川 綿陽 621000)

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環形薄壁件車削的工裝設計

張益泉，趙發銀

(中國兵器工業第五八研究所 產品制造部，四川 綿陽 621000)

針對環形薄壁件在加工過程中易發生變形、表面粗糙度及內外圓同軸度不易保證的加工難題，設計了相應的輔助定位工裝。給出了零件的結構及材料，簡述了工裝的設計思路，列出了工裝結構圖及裝夾定位圖，指出了工裝使用的注意事項，論述了工裝產生的經濟效益。結果表明，該工裝的結構簡單、加工方便，能可靠定位零件的外圓和內孔，有效保證了零件內外圓的同軸度及表面粗糙度，提高了零件的加工質量，為加工環形薄壁件提供了一個可借鑒的工裝設計方案。

環形薄壁件；表面粗糙度；同軸度；定位；車削

隨著科學技術的發展，電動機的體積越來越小，其零部件的加工難度也越來越大。小型電動機上有一種環形薄壁件，材質為1Cr18Ni9Ti，外徑與壁厚之比>30，要求表面粗糙度為Ra1.6 μm，外圓與內孔的同軸度誤差≤0.05 mm。若直接利用三爪自定心卡盤夾持加工，很難達到零件的公差要求。

本文主要以環形薄壁件內、外圓的加工為例，詳細介紹輔助工裝的設計。通過工裝的定位，解決零件在加工過程中的變形問題，達到零件的公差要求。

1　環形薄壁件的結構及材料

環形薄壁件的內徑、外徑和寬度分別為77.6、80和8 mm(見圖1)，由于使用環境的特殊要求，材料選擇1Cr18Ni9Ti。此材料屬于耐蝕鋼，在氧化性環境中具有優良的耐蝕性和良好的耐熱性。

圖1　環形薄壁件結構圖

2　工裝制作

2.1工裝的設計思路

在對環形薄壁件進行車削時，加工誤差主要來源于刀具進給量過大引起的零件熱變形以及三爪自定心卡盤夾持引起的尺寸變形。因此，在工裝設計時，首先應避免三爪自定心卡盤直接裝夾工件，盡量采用輔助工裝定位的方式，將外力作用在零件的兩端面上，從而消除零件在徑向方向受到附加力，減小零件因尺寸變形而引起的加工誤差[1]；其次，在加工時，應減小進刀量，多次車削，以減小刀具和工件摩擦帶來的零件受熱變形。

2.2工裝的結構

2.2.1外徑車削工裝

工裝的結構如圖2所示，心軸和端蓋的材料選擇黃銅(H62)，該材料的摩擦因數小，硬度低，在高速切削時不易產生粘刀現象。另外，黃銅的散熱性能較好，能夠減少零件在切削過程中的熱變形[2]。端蓋中心加工一通孔，一端面加工深2 mm臺階，周邊圓環的壁厚大約為0.5 mm。

圖2　外徑車削工裝結構圖

在使用時，先將心軸定位段的外徑尺寸車削至比零件內徑尺寸小0.01～0.015 mm，裝入零件，再利用端蓋周邊的圓環頂住零件的端面，最后旋入鎖緊螺釘(見圖3)。為了避免零件受到端蓋壓力后發生變形，旋緊力不應過大。

圖3　外徑車削工裝定位圖

2.2.2內徑車削工裝

該工裝的結構如圖4所示，心軸套和鎖緊蓋同樣選擇黃銅(H62)。心軸套定位段的內徑尺寸比零件外徑大0.01～0.015 mm，中心的通孔略大于零件的內徑，避免車削時刀具刮傷工裝的內表面。心軸套上加工一段外螺紋，鎖緊蓋配車一段內螺紋。

圖4　內徑車削工裝結構圖

在使用時，將零件放入心軸套的定位內孔，然后旋入鎖緊蓋，通過螺紋使零件緊貼于心軸套的內徑壁。為避免零件受力后發生變形，旋緊力不應過大。具體定位關系如圖5所示。

圖5　內徑車削工裝定位圖

2.3注意事項

1)外徑車削工裝的心軸和端蓋的外圓尺寸一般比零件的外圓小0.5 mm，內徑車削工裝的心軸套和鎖緊蓋的內孔尺寸一般比零件的內孔大0.5 mm，這樣可以避免在對零件進行車削時，刀具刮傷工裝。

2)零件利用工裝定位的加工已屬于精加工，進刀量一般控制在0.04～0.05 mm。如果加工周期充足，最好在車外徑和車內孔工序的間隔期間安排自然時效處理，周期約為72 h，以此消除零件內部的殘余應力，更好地保證零件的尺寸公差和幾何公差要求。

3)每次加工之前，應用酒精將零件和工裝的表面擦洗干凈，確保工裝能夠準確定位零件，同時也能避免殘留的鐵屑或雜質劃傷零件表面，以提高零件的加工質量。

3　工裝的經濟效益

在車床上直接利用三爪自定心卡盤夾持，加工上述零件，數量為50件，所測得的表面粗糙度、外圓與內孔的同軸度誤差值分別見表1和表2。

表1　零件表面粗糙度檢測表1

表2　零件同軸度誤差檢測表1

利用所設計的工裝定位，加工上述零件，數量為50件，所測得的表面粗糙度、外圓與內孔的同軸度誤差值分別見表3和表4。

表3　零件表面粗糙度檢測表2

表4　零件同軸度誤差檢測表2

由表1～表4可以看出，在利用工裝定位后，零件表面粗糙度的合格率由52%提高到了96%，同軸度誤差合格率由10%提高到了98%。

由此可見，通過工裝的使用，零件的表面粗糙度及同軸度都得到了顯著提高，零件的質量得到了保證。

4　結語

上述工裝結構簡單，加工方便。使用該工裝能可靠定位零件的外圓和內孔，同時避免了零件因徑向方向受力而發生變形，有效地保證了零件的同軸度及表面粗糙度，提高了零件的加工質量，為環形薄壁件的加工提供了一個可借鑒的工裝設計方案。

[1] 楊叔子. 機械加工工藝師手冊[M]. 北京: 機械工業出版社, 2001.

[2] 徐耀信. 機械加工工藝及現代制造技術[M]. 成都: 西南交通大學出版社, 2005.

責任編輯鄭練

The Equipment Design of Thin-walled Turning in a Circle

ZHANG Yiquan, ZHAO Fayin

(Department of Product Manufacturing, No.58 Research Institute of China Ordnance Industries, Mianyang 621000, China)

In view of the annular thin-wall pieces found in processing process with easy deformation, and the surface roughness with the internal and external circular coaxial degree is not easy to guarantee the processing problems, the corresponding auxiliary positioning jig is designed. Introduce the structure and material of parts, the design of tooling. List the tooling structure and the clamping location map. Point out that the tooling considerations, tooling to produce economic benefits. The results show that the equipment is in the simple structure and the convenient processing, can realize the reliable positioning components of the outer circle and inner hole, effectively guarantee the parts inside and outside circular coaxial degree and the surface roughness, improve the machining quality of parts for processing, and can be drawn lessons from annular thin-walled package providing a tooling design.

annular thin-wall parts, the surface roughness, alignment, positioning, turning

TG 76

A

張益泉(1962-)，男，工程師，主要從事工藝技術等方面的研究。

2015-12-11