基于某殼體零件的薄壁環形件工藝方法研究

徐德凱

摘 要：本文針對某型號殼體零件在加工中出現的變形量大、同軸度難以保證等問題，對該零件結構特征、技術要求等進行研究。對已有工藝方法進行改進，合理調整加工過程中的裝夾方式及切削參數，并在零件精加工前增加人工時效減小內應力以控制零件變形。經實際加工，驗證了改進后工藝方法的有效性。

關鍵詞：薄壁環形件;機械加工;工藝方法

薄壁環形零件其自身剛性不足，在裝夾和加工過程中由于受力不均勻，易產生變形，導致最終尺寸超差、影響使用甚至產生報廢。[1]本文針對某殼體在加工中存在的此類問題，對薄壁環形零件的工藝方法進行研究，以提高此該零件的合格率。

1 工藝方法設計及存在問題分析

1.1 零件特點分析及工藝方法制定

1.1.1 零件特點分析

如下圖所示為某殼體二維圖。該零件長185±0.1mm，外徑最大處Φ1700-0.3mm、最小處Φ1440-0.2mm，零件最薄處單邊厚度為30-0.2mm，外徑與壁厚之比約為62，遠大于25，故該零件為典型的薄壁環形零件。

某殼體二維圖

該零件毛坯外徑Φ175mm單邊厚度50mm。毛坯料外徑最小和多單邊去除余量分別為2.5mm和15.5mm，去除量較小。而內徑最小單邊去除余量29.3mm，最多單邊去除余量44.5mm。即內徑去除余量程度約為外徑的2倍以上，內外余量分配不均勻必將導致加工時內外應力分布的不均勻，應力分布不均將使零件加工完成后存在變形的可能。同時，去除余量程度較大，遠大于零件壁厚，故該零件存在變形的可能性進一步增加。

為避免零件在加工過程中產生變形較大，需在加工過程中盡量減小切削力，同時減小進給量、多次進給，減小加工過程中產生的應力不均。

1.1.2 工藝路線制定

本文初步制定以下加工工藝方法，如表1所示：

表1 原工藝路線

車床卡盤具有自定心能力，為保障各段同軸度，裝夾方式首先考慮到使用卡盤裝夾。5工序為后序裝夾首先加工出一個精度較高的基準，由于該零件長度較長，故懸出量較長，為保證零件裝夾后的剛度，故5工序加工出的基準臺階長度較長，約為30mm。10工序加工時以5工序加工好的臺階為基準，粗車零件內外圓輪廓。掉頭后15工序以10工序加工好的外圓為基準，粗車外圓。

20工序以15工序中加工過的臺階為基準，按設計尺寸要求精車內外圓。掉頭后25工序以20精車后的外圓為基準，按設計尺寸要求精車外元輪廓。25工序裝夾后數銑加工沉頭孔及螺紋孔。

1.2 加工中存在的問題及分析

1.2.1 存在問題

零件加工完成后發現零件存在變形，同時該零件要求所有直徑同軸度Φ0.1，檢驗發現同軸度部分超差，尤其是Φ133.6+0.20mm、Φ144.40-0.2mm、Φ150.40-0.2mm等直徑較小處變形較大，精度難以保障。

1.2.2 原因分析

分析零件產生變形的部位后發現，零件變形可能由于零件厚度太薄，使用卡盤裝夾時雖然能保證零件中心軸與機床回轉軸一致，但該裝夾方式屬于點接觸，受力面積較小，受力部位壓強較大，不均勻受力使該零件易產生變形。加工結束后，卸下零件、夾緊力消失，零件變形恢復，導致加工后零件變形量較大。

同時，零件在夾持時懸出量較長，夾持部分需預留較長尺寸，25工序數車加工零件小半徑部分時，需將余量全部去除，導致該工序去除余量程度最大，去除厚度至少為16mm，產生的加工應力較大，故該過程零件易產生變形。

2 工藝方法改進及效果

2.1 改進后工藝方法

從1.2.2節中可知，零件變形量大的主要原因是裝夾方式不合理和余量分布不均勻，基于以上兩點，本文對該零件工藝方法進行改進，改進后工藝路線如下表2所示：

表2 改進后工藝路線

改進后的工藝路線從15工序開始改變，15工序將10工序夾緊臺階車去12mm厚度，使25工序中余量直接減少12mm。臺階減小后該零件在后序加工過程中無法使用卡盤裝夾，故采用壓板壓緊代替卡盤夾緊。

壓板壓緊時，為保證后序加工中零件中心軸與機床回轉軸重合，與機床貼合大面要與零件中心軸垂直，且對大面的平面度要求較高，為防止變形，在15工序后增加17工序人工時效，使零件內部應力盡量釋放。

人工時效后對定位面進行研磨，保證定位面精度。20工序數車加工時，首先用卡盤裝夾工裝，調整工裝回轉中心，然后使用壓板將零件固定在工裝上、加工零件內圓輪廓。工裝中心為一個與零件研磨面相配合的圓形凹槽，以研磨面和研磨面外圓面進行定位，間接保證零件中心軸與車床回轉軸的同軸度。

25工序使用卡盤夾零件大端外圓，精加工零件小端外圓。由于15工序已去除大部分余量，25工序去除余量為5.1mm，僅為改進前的三分之一。

2.2 改進后效果驗證

本文使用改進后的方法對該零件進行加工。結果顯示本文改進后的工藝方法能有效減少零件的變形量，保證零件的加工精度。但改進后的工藝路線由于增加熱處理和鉗工工序，加工時間增加較多，效率有所減小。

3 結論

針對某殼體零件在加工中出現零件易變形，各段同軸度精度難以保證的問題，本文對工藝方法進行研究，在此基礎上對原有零件加工時的裝夾方式和工藝路線進行改進，有效解決了零件變形變形量大和各段同軸度較低的問題，提高了產品合格率。

參考文獻：

[1]季明浩，孫達章.環形薄型零件加工工藝[J].上海海事大學學報，2008，29（1）：49-53.