薄壁套类零件外圆车削工艺
摘要：本文针对薄壁套类零件刚性差、机加工艺性差等缺点，从工件装夹方法、切削用量、切削刀具的的选择、润滑和冷却四个方面对其进行了综合分析，提出了薄壁套类零件外圆的车削加工方法，解决了该类零件生产加工难的问题。
关键字：薄壁零件 车削工艺 加工精度 加工变形
薄壁套类零件是生产中最常见的典型零件，由于该类工件刚性差、机加工工艺性差，在车削过程中受切削力和夹紧力的作用极易产生振动和变形，从而使得工件的形位公差和尺寸公差无法保证，如果解决方法不得当，甚至会使加工无法进行，具有一定的加工难度。因此，在车削时注意装夹方法、合理选择刀具材料、刀具的几何角度、切削用量以及适当的进行冷却润滑，都是加工薄壁套类零件时减少变形的关键因素。
1 加工问题的提出
薄壁套类零件的外圆加工是车削中比较棘手的问题，原因是薄壁套类零件刚性差、强度弱，在加工中极容易变形，使零件的形位误差增大，不易保证零件的加工质量。为此，对薄壁套类零件的装夹、车削过程中刀具的合理选用及切削用量的选择，提出了严格的要求。
1.1 工件的要求（如图1所示）
该工件材料是50调质钢，套筒外圆φ392±0.05mm，壁厚要求6mm，工件总长620mm，圆度要求0.05mm，全部表面粗糙度3.2μm，决定了此工件的精度系数很高。 图1 薄壁套类零件图
1.2 工艺分析 虽然该薄壁套类工件的形状不复杂，但由于其本身刚性较差，在车削中会出现以下问题：①由于工件直径大、壁薄、长度较长，在装夹过程中易产生直径方向的变形，造成圆度达不到图纸要求；②车削时由于直径方向夹紧力不够，易使工件在加工时掉落；③车削过程中易产生切削振动，很难保证工件的表面粗糙度要求；④切削时产生大量切削热使工件变形，无法保证加工尺寸精度。
2 零件车削的工艺措施
该薄壁套类零件加工虽然难度较大，但是如果采取有效的装夹方法、正确的切削方法以及选择合理的刀具，就能降低装夹变形和切削热变形，从而获得满意的切削效果。
2.1 工件装夹方法(如图2所示)
1、左端顶尖 2、夹紧螺母
3、左端堵头 4、夹紧螺柱
5、工件 6、右端堵头
7、排气孔 8、右端顶尖
图2 薄壁套类零件装夹图
图3 薄壁套类零件装夹三维立体效果图
该薄壁套类零件装夹三维立体效果如图3所示，采用该装夹方法具有以下优点：①避免了因三爪卡盘直接夹持工件而导致工件变形，而对于工件两端采用左、右端堵头和顶尖夹紧，利用工件在轴向强度大、不易变形的特点，将径向夹紧力变为轴向夹紧力，从而有效的减少工件夹紧变形；②左、右端堵头上钻有排气孔，保证工件在加工过程中内、外气压一致，避免了切削热的产生而造成工件成腰鼓形；③夹紧螺栓和夹紧螺母的使用，保证工件在加工过程中受力均匀，防止工件加工受力而发生摆动；④零件的转动通过左端堵头与平行夹板连接，由卡盘旋转拨动平行夹板的卡爪而带动工件旋转，从而实现工件外圆切削加工。
2.2 切削用量的选择 切削用量对于薄壁套类工件的影响很大，为了消除工件在切削过程中产生热膨胀使工件成腰鼓形，保证加工精度，使工件所受到的切削力和切削热相对小一些，在工件的整个加工过程中，选择合理的切削用量（如表1所示）就显得尤为重要。
表1
切削速度v/(r.min-1) 进给量f/(mm.r-1) 吃刀量ap./mm
粗车 30~40 0.5~0.6 2~3
精车 40~50 0.2~0.3 0.3~0.5
2.3 切削刀具的选择 根据薄壁套类零件刚性差，易产生变形和振动，切削刀具对于工件的加工精度有着重要的影响，所以选择合理的刀具几何参数是改善工件加工质量的重要途径。
① 粗车阶段的刀具要求：一是要加大主偏角(Kr) 较大的主偏角可以减少工件的径向受力，从而减少切削振动和工件的变形，一般取75°~90°较好；二是要加大前角(γ0) 增加前角可以减少切削变形和摩擦力，使车削时产生的热量减少，一般取15°~30°合理；三是刀具的排屑槽要有良好的卷屑作用，以便带走较多的热量。
② 精车阶段的刀具要求：一是刀柄的刚度要求较高，车刀的修光刃不易过长，一般取0.2mm~0.3mm较好，切削刃要光滑平直且锋利；二是车刀的主偏角Kr=90°，副偏角Kr′=15°，后角α0=5°~12°，副后角α01=15°，前角γ0=15°可适当增大；三是要有合理的切削刃宽，一般为进给量的1.5~2倍，以降低表面粗糙度值；四是要有5°左右的刀倾角，从而实现进给时切屑向待加工表面一侧排出。
3 润滑和冷却
由于热变形是影响薄壁套类工件加工尺寸精度的一个重要因素，所以在车削过程中，我们要选用润滑性能好的高浓度极压乳化液，并连续、充分的浇注切削液，通过降低温度来减少变形，改善已加工表面的质量和提高刀具的使用寿命，保证工件加工精度满足图纸要求。
4 结语
采用上述工艺措施后，顺利完成了该薄壁套类零件的外圆车削加工，并且零件的尺寸公差、形位公差和表面质量都达到了图纸要求，解决了薄壁套类零件因刚性差、机加工工艺性差而导致无法加工的困难，为该类零件机加工提供了工艺指导。
参考文献：
【1】周宏甫.机械制造技术基础.北京：高等教育出版社，2006
【2】蔡光起.机械制造工艺学.沈阳：东北大学出版社，1994
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