薄壁零件運用數控技術的加工技術分析

于運紅

摘要：針對一單邊0.64mm厚的薄壁零件（材料：1Cr18Ni9Ti），要求兩端進行高精度圓弧加工。精車時選用尼龍制作軟爪工裝夾具以降低薄壁零件的振動和變形，使用GSK6363數控車床進行加工，并制定了相關的加工工藝，完成了對薄壁零件的加工。

關鍵詞：薄壁零件;工裝夾具;GSK6363數控車床

1前言

隨著現代科技技術向精細化方向發展，越來越多的產品趨向于小型化、精密化，所以薄壁類零件的應用在逐漸增多，在某些領域甚至作為關鍵構件。例如薄壁套類零件通常配合軸類零件使用，起到支承和導向的作用，因其具有質量小、結構緊湊、材料成本低等特點，在現代工業中得到應用廣泛，但是薄壁類零件在加工過程中容易變形甚至破裂，成品質量難以保證。因數控機床是依據技術人員設定的程序對零件進行自動加工的，排除了人的因素引入的加工誤差，具有加工精度高、生產效率高等特點，設計選用GSK6363數控車床進行該薄壁類零件的加工。根據零件的質量要求，制定匹配的加工工藝，通過合理的刀具選擇和工裝設計，使用數控技術實現薄壁零件的高精度加工制造。

2 零件圖樣介紹

根據零件圖可得，該零件是薄壁類套筒類，綜合零件形狀以及零件材料得知，普通的車削工藝難以實現該零件的加工，無論是裝夾還是圖示質量要求上都很難保證。首先，在單邊僅0.64mm的壁厚情況下很難保證內孔與外圓的同軸度要求，且該零件還要求兩端有高精度圓弧加工;其次該零件材料為1Cr18Ni9Ti，其中鎳含量7%-20%，鉻含量12%-25%，該種材料使得切削變得困難，容易產生表面硬化，造成后續加工的困難，一般的刀具很難滿足切削要求。為了按照要求實現該零件的加工，需要完成刀具選擇、加工工藝、走刀路線、工裝夾具、程序編程等工作。總結該薄壁零件的加工精度主要受到以下三種因素的影響：

（1）鎳鉻不銹鋼材料硬度大、粘度大、容易磨損刀具。

（2）工件兩端圓弧形狀、精度要求造成裝夾困難，內孔和外圓的同軸度要求難以保證。

（3）零件的壁厚過薄，容易受力變形，加工時難以控制加工精度。

3 加工前的準備

3.1 刀具材料的選擇

首先分析以往不銹鋼切削過程中存在的問題：

（1）基于不銹鋼材料的塑形特性，在切削時切削力較其他材料工件大;再者，加工過程中產生的熱量會使得不銹鋼硬度增大，強度增加，造成切削困難，切屑也不易卷曲折斷，1Cr18Ni9Ti材料的單位切削力要比45號鋼大四分之一。

（2）切削溫升高。1Cr18Ni9Ti材料在切削時有較大塑性變形且與刀具摩擦力大，切削溫升高;切削時熱量在切削區和切屑間集中，不利于散熱，在其他條件保持一致的情況下，1Cr18Ni9Ti材料切削時切削區溫度較45號鋼要高出200攝氏度。

（3）易造成刀具磨損。不銹鋼在切削過程中會產生親和作用，致使切屑在刀具上粘結、擴散，容易在刀具的前刀刃處造成月牙洼，或者會造成刀刃出現缺口;再者不銹鋼中TiC成分硬度很高，切削時容易出現硬化現象，加速刀具的磨損。

（4）線膨脹系數大。相比之下，不銹鋼的線膨脹系數為碳素鋼的1.5倍，切削加工時，產生大量的熱量，工件受熱熱變形明顯，容易造成尺寸精度失控，所以，在進行不銹鋼材料工件的切削加工時，刀具的選擇至關重要。結合以上不銹鋼的切削性能，切削不銹鋼材料的刀具應該具有足夠的硬度、韌性、強度、耐磨性以及較小的粘附性。

通過以往的加工經驗得知，通過化學氣相法或者物理氣相法在刀具表面涂覆一層高硬度、熔點高的金屬化合物可以強化刀具的硬度、韌性、耐磨性等，同時還可以提高刀具的壽命，且涂層的刀具不僅適用于不銹鋼的切削，對其它材料的切削也適用，具有良好的通用性。所以，綜合以上，針對1Cr18Ni9Ti不銹鋼材料的加工，最終選用YG類涂層刀具作為厚道工序的精加工，以保證加工精度以及加工效率。

2.2 解決零件的裝夾問題

通過對零件圖的分析得到，該零件的加工需要進行兩次裝夾：第一次以外圓為基準裝夾進行內孔的加工，第二次再以內孔為基準進行車外圓。結合該工件的外形尺寸，設計工裝夾具如下圖2所示。

在前期加工探索中，第一次使用45號鋼制作工裝夾具，裝夾效果良好，但是零件加工完成以后發現加工的內孔壁存在劃痕，表面粗糙度較差，超出圖紙要求;第二次試用相對較軟的酚醛塑料制作工裝夾具，車削時淋上冷卻液后零件在夾具上出現打滑現象，無法有效的進行零件的車削，精度更無從談起，所以酚醛塑料作為工裝的方案也失敗;最后發現，聚酰胺（PA）即我們說的尼龍材料，在機械強度、韌性、剛度、耐磨性方面都較好，使用PA制作的工裝夾具具有良好的減振效果，車削加工時未出現打滑現象，裝夾緊固性好，加工出來的零件精度得到有效保證。通過對該類材料的對比發現，PA類材料中的PA6尼龍比其他尼龍的機械強度、剛度、耐磨性以及耐熱性能更好，所以，選用PA6制作工裝夾具進行1Cr18Ni9Ti材料的加工，該工裝具有以下特點：

（1）PA6尼龍材料制作的工裝具有良好的韌性，硬度，材料的擴張力好，不會造成零件的劃傷，可以滿足零件的表面粗糙度要求。

（2）通過使用徑向夾緊的方法，利用零件的內孔圓周作為裝夾接觸面，避免了零件在 車削過程中的振動，解決了加工過程中的變形問題。

（3）在該工件的定位止端面和工裝夾具上，以零件的端面圓弧為基準進行圓弧的重復加工，并與該工件的端面圓弧定位接觸。

（4）該工裝結構簡單，制作難度小。

3 零件加工工藝規程

根據零件圖上圓弧計算出基準點，制定車削工藝：粗車→半精車→時效處理→精車。

4 結論

通過結合不銹鋼加工經驗和數控機床加工特點，針對此類薄壁圓弧類件的加工，制作了適用的工裝夾具，選擇了適合的刀具，很好的利用了技術和材料的進步。實踐證明，新型涂層類刀具結合數控技術進行高精度、工藝復雜件的加工，具有明顯的現實意義，可以為企業帶來良好的經濟效益。

參考文獻：

[1]張紅.薄壁零件加工方法研究[J].內燃機與配件，2020（05）：98-100.

[2]晉康.薄壁圓形零件的工藝分析及編程加工[J].機械工程與自動化，2020（01）：135-136.