前殼體零件的車削加工

■青島港灣職業技術學院 （山東青島 266404） 王貢為 董國強

氣動工具是一種安全、便捷的生產工具，應用廣泛。本著輕便、功率大的原則，設計氣動工具的工程師往往將氣動工具的零部件設計成四兩撥千斤的效果，這就使得其零部件的加工比較困難。

1. 前殼體結構

B1621型氣扳機（見圖1）前端黑色的部件就是前殼體，其結構如圖2所示。

圖1 B1621型氣扳機

前殼體零件毛坯材質是Q235低碳鋼，碳含量低于0.25%，強度低、硬度低，容易變形。其制造采用8道拉深工序完成。拉深后的毛坯外形尺寸不固定，沒有相對完好的基準面。殼體壁厚3mm，直徑60mm，屬于典型的薄壁零件，如圖3所示。其中4、5、6和7處垂直度和同軸度要求較高，這些部位都要進行車削加工。4、6處要壓軸承或襯套，尺寸精度要求較高。

圖2 前殼體零件結構示意

圖3 前殼體薄壁零件

加工薄壁零件的常用方法為：采用軸向裝夾方式用鎖緊螺母壓緊工件端面；卡爪包裹住工件夾緊；采用粗、精車兩次裝夾完成加工；保持刀具鋒利，加注充分的切削液。

為了保證前后兩孔的同軸度、殼體底面與軸線的垂直度，內孔4、5、6處尺寸，以及端面7處，需在一次裝夾中完成加工（俗稱“一刀活兒”），為此只能拋棄軸向螺帽壓緊的裝夾方法。

2. 樣件生產時出現的問題

生產樣件時，采用普通卡爪徑向裝夾，夾持面積達到殼體外圓的2/3，加工刀具保持鋒利，加注充分的切削液。但是，這種工藝方案加工出的零件尺寸精度和位置精度極差，達不到設計要求，合格品只有50%。零件在機床上測量精度完全合格，但是松開卡爪后，零件會扭曲變形。分析認為，工件夾緊時變形是產生廢品的主要原因。如何才能做到夾緊后既滿足切削力的需求，又保證工件不變形，是解決技術難題的根本。

3. 批量加工時采取的工藝優化方案

批量加工時，嘗試采取了如下幾種工藝優化方案。

（1）第一種改進方案 先以內孔為基準將工件大外圓車一刀（俗稱“見光”），作為精基準，然后夾持精基準平端面、車內孔。實踐證明，這種互為基準的工藝方案不合適。因為以內孔為基準車外圓時，只要撐起內孔，工件就變形了；加工完外圓，松開卡爪，工件再次出現彈性變形，預加工精基準的方案失敗。

（2）第二種改進方案 零件分粗、精加工，粗加工時采用相對較大的夾緊力；精加工時，將卡爪輕輕松動一下，減少夾緊力。實踐證明，此方法不可靠，精加工松動工件的力很難控制，夾緊力稍大一點，工件依舊夾緊變形；夾緊力小了，工件會在精車時松動、脫落，輕則刀具損毀，重則工件飛出，釀成安全事故。

（3）第三種改進方案 重新制作卡爪。卡爪夾持表面車制成喇叭形（見圖4），卡爪的后半部分夾緊工件剛性相對較高的部分，卡爪前端3的位置軸向定位。卡爪將工件全部包裹起來，就像在手心里攥雞蛋，相互抵消來自不同方向的夾緊力。

優化后的方案理論上是科學的，工藝人員和現場操作者都對其抱有很大的希望。由于生產條件的限制，使用手工刃磨的YW1硬質合金車刀，冷卻采用水溶性切削液。經過試驗，刀具磨損劇烈。改為以潤滑為主的N32全損耗系統用油，刀具壽命大幅提升，一次磨刀最多能夠加工200件殼體。產品質量提高，廢品率下降到30%左右。

第三種方案依然保持著較高的廢品率，分析其原因為：夾緊狀態下的卡爪與工件表面呈線接觸，夾緊力全部集中在大孔與小孔相交的薄弱部位，不是很合理。為此，必須改進卡爪夾持面的形狀和尺寸，將夾緊力調整至工件強度較高的部位。嘗試性地挑出50件毛坯，測量其定位基準面外圓的一致性，測得其外圓尺寸都不一致，但有一個變化的區間，直徑尺寸變化區間為0～0.16m m，圓度變化區間為0～0.1mm，夾緊面的兩端尺寸差距為0～0.4mm。經過換算，測量面的拔模斜度大約在2.5°。設計一個安全、可靠的專用夾具是當務之急。

圖4 夾持面為喇叭形的卡爪

（4）第四種改進方案 如圖5所示，將卡爪的前端加工成10mm×45°倒角，將卡爪后端車制成5°的錐度，卡爪大端直徑取測量直徑平均值59.92mm。

切削用量的選擇見表1。

圖5 夾持面形狀和尺寸改進后的卡爪

表1 切削用量

測量方法：松開卡爪，卸下工件，殼體的小孔采用φ28H7光面塞規測量，大孔采用內徑量表測量。重點測量工件的圓度誤差。根據設計要求，其圓度誤差在0.06mm以內為合格。

刀具采用鋼件、鑄鐵通用的國產TNMG160404R-C/VF三角形數控刀片，如圖6所示。

機油潤滑液的弊端是在切削產生高溫時會冒煙。機油在高速切削時飛濺，形成油霧，導致零件加工后必須清洗。選用的清洗劑是汽油，容易失火，且嚴重污染環境，不利于操作者健康。換成了機械夾固式刀具后，嘗試性地換掉機油潤滑液，采用普通的乳化液，加水勾兌后的冷卻效果較好。經過批量加工試驗，零件成品率達到100%，完全解決了前殼體的加工難題，加工效率大幅提升，生產成本隨之下降。

圖6 TNMG160404R-C/VF三角形數控刀片

4. 結語

對于薄壁類零件的加工，不能生搬硬套以往的加工方案和經驗，不同的零件需要有不同的加工工藝，即所謂的核心技術。本文中的薄壁零件，前殼體的加工難題就是工件的夾緊變形。專用夾具的設計和制作是解決問題的關鍵。卡爪的前端加工倒角，后半部分制成錐度，夾持受力點巧妙避開工件的薄弱部位，減少了裝夾變形。該方法在加工特殊的薄壁類零件時可予以借鑒，具有一定的推廣應用價值。

專家點評

該文中的前殼體屬于典型的薄壁零件，如何在滿足切削力的前提下，控制夾持變形，是解決難題的關鍵。作者在卡爪夾具設計中，沒有生搬硬套以往的方案和經驗，而是根據零件的形狀特征融入自己的創新思路，通過改進卡爪夾持面的形狀和尺寸，將夾緊力調整至強度較高的工件部位，解決了零件的夾緊變形難題。

作者的卡爪設計方案構思巧妙、簡單實用，就像在手心里攥雞蛋，相互抵消來自不同方向的夾緊力，適用于不均勻薄壁零件的加工，具有一定的工藝創新價值。