薄壁細長缸筒壁厚差值控制

李金喜，郭勇良，張鵬飛

山西航天清華裝備有限責任公司 山西長治 046012

1 序言

在機械加工中，有時會遇到對薄壁細長缸筒類零件的壁厚差值有一定的精度要求，此時，如何裝夾、定位以及選擇合適的切削用量和穩定的生產工藝顯得非常重要，尤其是當壁厚差值要求較高（0.1～0.2mm）時，由于會產生切削微變形[1]，所以加工難度較大。

某薄壁細長缸筒類零件加工成形后，要求進行60MPa壓力測試，打壓試驗時長3min后，外圓變形量＜0.04mm（打壓試驗全程采用千分表進行多處動態檢測）。零件材質為中碳調質鋼，熱處理后無損檢測硬度為220HBW，其長度為1400mm，直徑最大為60mm。產品壁厚值3mm要求：在任意5個截面、4個方向、20個測量點上，最大壁厚差值0～0.2mm，最小壁厚差值0～0.1mm。其外圓輪廓分布有其他螺紋及凹槽結構，外表面圓度要求0.025mm，內孔要求表面粗糙度值Ra=0.4μm，外圓輪廓各部與內孔基準直線度＜0.1mm。

2 定位基準的確定

在細長缸筒類零件加工過程中，彎曲變形會直接導致壁厚差值增大，不符合產品要求。須通過反復試驗和誤差值對比分析，掌握其變化規律，采取相應的措施以減小加工誤差，提高加工精度。

首先對薄壁細長缸筒零件進行外圓和內孔的粗加工和半精加工，然后將內孔作為壁厚差值控制的第一基準（內孔留精加工余量0.05mm），再對外圓進行精加工并控制產品壁厚差值。在精加工過程中，為防止由于離心力的作用使產品出現彎曲變形、共振的現象[2]，經過多次探討試加工，摒棄傳統的一夾一頂裝夾加工方式，創新性地采用分段式兩端加工（見圖1）方法，分化產品彎曲變形量（見圖2），控制零件外圓加工后的實際幾何參數（尺寸、形狀和位置）與理想幾何參數的符合程度。兩端加工都采用一夾一頂裝夾，考慮到細長薄壁缸筒類零件剛性差、強度弱，在外圓精加工中極易出現彎曲變形和共振現象，故自制專用工裝（活動式橡膠襯套），精加工前塞入工件內孔，增加產品整體加工剛性。利用雙晶直探頭壁厚探測儀檢測各個斷面的數值，通過實際測量值結合百分表找正的方式，合理調試單動卡盤中心，確保待加工外圓與內孔的同軸度符合要求。對于彎曲變形量大于壁厚差值的產品，需配合壓力校形裝置進行校直基準，以保證各個斷面四個方向壁厚差值在要求范圍內。在外圓壁厚差值符合要求的前提下，完成兩端外圓的精加工，整體校直，并確定為最終的加工基準，以此基準完成內孔、凹槽及螺紋等其余輪廓的精加工。

圖1 分段式兩端加工

圖2 分化產品彎曲變形量

3 刀具及切削用量的選用

薄壁細長缸筒類零件加工中，選擇適合的刀具幾何角度和背吃刀量，對于控制加工中產生的彎曲、共振和熱變形[3]都至關重要。通過大量實踐證明，優先選用V形物理涂層刀具并反向加工，前角一般選用5°～15°，降低切削功率；刀尖圓弧半徑選用0.4mm，提高刀具鋒利程度，減小切削力；背吃刀量為0.5～1.2mm，避免發生共振現象；主軸轉速（主軸φ40～φ70mm時）建議選用300～400r/min。

不同產品切削用量的選擇沒有統一的標準，應根據機床和刀具狀況，并結合實際加工經驗來確定具體數值。要兼顧主軸轉速、背吃刀量及進給速度三要素[4]，滿足加工表面的尺寸精度和表面粗糙度要求，從而達到最優切削效果。切削用量是細長類零件的重要加工參數，直接影響產品質量、加工效率和生產成本。采用合理的切削用量，能夠充分利用刀具的切削性能和機床動力性能，在保證質量的前提下，提高加工效率，降低生產成本。

4 結束語

本文以薄壁細長缸筒為例，針對壁厚差值控制中存在的裝夾和定位問題，制定控制壁厚差值的具體措施。通過選擇合理的切削用量和穩定的工藝路線，采用適合的涂層刀具分段式兩端反向高速加工、配合制作專用工裝等方法，達到了增強工件剛性、分化彎曲變形及減少加工誤差的目的，提高了產品加工精度和加工效率。

20221102