1前言

薄壁回轉(zhuǎn)體金屬零件因其重量輕、節(jié)省材料、結(jié)構(gòu)緊湊而廣泛應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域。車削薄壁金屬零件時(shí)，由于其剛性差、強(qiáng)度低，容易造成產(chǎn)品變形。在加工過(guò)程中，由于刀具選擇不合理，夾具裝夾不當(dāng)，幾何誤差增大，變形，不易保證零件的加工質(zhì)量。

2產(chǎn)品過(guò)程分析

2.1零件結(jié)構(gòu)

噴嘴反向旋轉(zhuǎn)體的金屬部分材質(zhì)為30CrMnSiA，調(diào)質(zhì)硬度為42 ~ 46 HRC。產(chǎn)品最大直徑為153㎜，形狀為圓錐形，內(nèi)腔為帶拉伸模的圓柱形結(jié)構(gòu)，中間位置為圖mm圓弧滾道，與φ147mm外圓形成4mm薄壁。在車削過(guò)程中，要求保證圓弧滾道的加工精度，控制變形，保證加工后內(nèi)孔和外圓相對(duì)于中心的同軸度。

2.2加工技術(shù)上的困難

該零件壁厚不到其孔徑的1/13，加工剛性差。關(guān)鍵尺寸是圓形滾道，要求公差范圍小。這種材料經(jīng)過(guò)高硬度鋼的淬火和回火處理。薄壁零件剛性差，車削時(shí)夾緊困難，容易變形。此外，影響因素還包括夾緊力、切削力、切削熱、彈性恢復(fù)等。因此，車削薄壁零件時(shí)，首先要解決裝夾和切削引起的變形，然后要解決刀桿、刀片和切削參數(shù)的合理選擇，最后要解決滾珠軌跡槽的檢測(cè)[3]。加工過(guò)程中切削熱和內(nèi)應(yīng)力的有效釋放可以保證零件的加工質(zhì)量，并且可以間接測(cè)量球軌跡槽。

2.3萬(wàn)能卡盤夾緊變形分析

車削回轉(zhuǎn)類零件最常用的夾具是自定心卡盤，夾緊工件時(shí)一般不需要找正，夾緊速度快。但在夾緊薄壁零件時(shí)，常用的三爪夾緊力面過(guò)小，屬于點(diǎn)接觸，夾緊力不均勻，導(dǎo)致零件卸載后內(nèi)外徑圓柱度達(dá)不到工藝要求。

三爪粗加工后，精加工前的零件。由于主應(yīng)力點(diǎn)位于鉗口與產(chǎn)品夾緊面的接觸部位，產(chǎn)品發(fā)生夾緊變形。三爪夾緊件內(nèi)孔加工后，由于夾緊變形，測(cè)量結(jié)果顯示內(nèi)孔圓度合格，但壁厚不均。是加工卸載后的零件。在自然狀態(tài)下，夾緊力消失后，零件外圓恢復(fù)為圓形，但內(nèi)孔變成棱形，加工出的產(chǎn)品不合格。

a)粗加工和夾緊；b)完成后夾緊；c)接受檢驗(yàn)的產(chǎn)品。

2.4粗加工和精加工應(yīng)分開進(jìn)行。

零件的粗加工和精加工分開進(jìn)行，粗加工盡可能去除余量，產(chǎn)生較大的切削力和切削熱，導(dǎo)致車削工件時(shí)溫升較快，變形較大。在粗加工和精加工之間增加一定的冷卻時(shí)間，以消除加工后的切削熱和內(nèi)應(yīng)力。

3加工工藝方案

細(xì)化刀具和刀片的選擇，優(yōu)化切削參數(shù)，降低切削應(yīng)力和切削熱。結(jié)合以上影響薄壁零件加工的因素，加工倒接管時(shí)應(yīng)采取以下工藝步驟。

3.1加工程序

1)來(lái)料:φ160mm×φ125mm×72mm環(huán)，材質(zhì)為30CrMnSiA鍛件。

2)粗車:用萬(wàn)能自定心卡盤夾住零件左端的外圓，車削右端的外圓，先將成品加工到φ(157±0.2)mm；圖中圓柱形臺(tái)階成品尺寸為mm，先加工到φ(144±0.2)mm；圖中內(nèi)孔的成品尺寸為mm。先把它轉(zhuǎn)到φ(129±0.2)mm；圖中滾道直徑成品尺寸為mm，要先車削到φ(136±0.2)mm；成品深度尺寸為(20±0.05)mm，先車削至(22±0.05)mm；；確保臺(tái)階長(zhǎng)度為mm，倒角為0.5mm×45。

采用萬(wàn)能自定心卡盤夾住零件右端的外圓，轉(zhuǎn)動(dòng)左端。成品外圓尺寸圖中為mm，先轉(zhuǎn)φ(151±0.2)mm；圖中圓柱形臺(tái)階成品尺寸為mm，要先車削到φ(144±0.2)mm；零件的總長(zhǎng)度為(65±0.065)毫米，第一次車削時(shí)為(69±0.2)毫米；步長(zhǎng)(9±0.08)mm，先轉(zhuǎn)到(13±0.1)mm；斜角成品尺寸的長(zhǎng)度(20±0.08)，先車削至(22±0.2)mm；內(nèi)孔轉(zhuǎn)角15° 10 '，倒角0.5mm×45。

3)調(diào)質(zhì)熱處理:調(diào)質(zhì)硬度為42 ~ 46 HRC。

4)半精車:將熱處理后的零件進(jìn)行半精加工，用扇形軟爪夾住零件的左外圓，加工右端，一側(cè)留0.5毫米的精加工余量，將外圓車至圖mm；步圈到圖片mm；洞內(nèi)到圖片m m；滾到圖片mm；零件深度為(20.5±0.05)毫米；；確保臺(tái)階長(zhǎng)度為mm，倒角為0.5mm×45。

用內(nèi)支撐爪支撐右端的內(nèi)孔，加工左端，一側(cè)留0.5mm的精加工余量，外圓車至圖mm；步圈到圖片mm；零件的總長(zhǎng)度為(66±0.065)毫米；；臺(tái)階的長(zhǎng)度為(10±0.08)毫米；；斜角長(zhǎng)度為(20.5±0.08)毫米；；內(nèi)孔的角度為15° 10’；倒角0.5mm×45。拆下零件，放置一段時(shí)間，讓其應(yīng)力完全釋放。

5)精車:將扇形軟爪的內(nèi)孔加工到圖片mm，在零件左端夾緊圖片的外圓，夾緊力不要太大。用扭矩扳手控制在(10±1)n·m，每刀切削深度應(yīng)控制在0.15 ~ 0.2 mm .轉(zhuǎn)動(dòng)右外圓和內(nèi)孔，保證設(shè)計(jì)圖案的兩個(gè)外圓尺寸為mm和mm；內(nèi)孔尺寸mm的圖片；內(nèi)孔的角度為15° 8’；彈道直徑圖片mm；滾弧圖mm；轉(zhuǎn)彎滾道寬度(20±0.05)毫米；；確保步長(zhǎng)圖片為mm；倒角0.5mm×45。

用扇形軟爪頂住零件右端的mm內(nèi)孔，轉(zhuǎn)動(dòng)左側(cè)外圓和內(nèi)孔，保證外圓尺寸為mm，臺(tái)階外圓尺寸為mm，長(zhǎng)度尺寸為(65±0.065)mm，臺(tái)階長(zhǎng)度為(9±0.08)mm，內(nèi)孔角度為15° 10 '，坡口長(zhǎng)度為(20±0.08)mm，倒角角度為0.0。

3.2工件夾具的改進(jìn)

制作了包容式軟爪，以減少零件的夾緊變形。軟爪底部的端齒位于卡盤上，保持較高的重復(fù)安裝精度?？ūP上焊有扇形軟爪，鉆成略大于零件外徑的內(nèi)孔，一般比零件外徑大0.02~0.04mm。最大限度增加夾緊面積，使夾緊力均勻分布在零件上。這樣可以有效減少零件的變形，保證卡爪與工件的緊密結(jié)合，保證夾緊的穩(wěn)定性。

將半成品反嘴放入加工好的軟爪中，加工右臺(tái)階和內(nèi)孔。然后制作一對(duì)圓形支架，以右尺寸mm的內(nèi)孔為夾緊面，加工左端內(nèi)外錐面。

3.3選擇合適的工具

在切削過(guò)程中，刀具材料的性能與切削效率、表面質(zhì)量等有很大關(guān)系。因此，選擇合理的刀具可以保證產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率。表1顯示了作者在加工過(guò)程中探索的加工工具。與之前選用的刀具相比，能更好地減少切削力的產(chǎn)生，有效控制零件的變形。

3.4選擇合理的切削參數(shù)。

根據(jù)零件材料、尺寸和表面粗糙度的要求，確定切削參數(shù)。

4檢驗(yàn)和測(cè)量

4.1滾道直徑的測(cè)量方法

圖中設(shè)計(jì)的滾道直徑為mm，普通游標(biāo)卡尺由于結(jié)構(gòu)限制無(wú)法直接測(cè)量，需要制作專用量具，采用比較法測(cè)量。具體方法如下:拆下最小測(cè)量精度為0.01mm、量程為10mm的百分表尾螺母，自制一根直徑為8mm、長(zhǎng)度為25mm的接長(zhǎng)桿，用一個(gè)M2.5內(nèi)六角螺釘橫向固定，連接到百分表上。加長(zhǎng)桿的另一端加工成半徑為4mm的圓弧，使螺桿和百分表的長(zhǎng)度大于> 140mm，調(diào)整外徑千分尺，測(cè)量范圍為125 ~ 150 mm，用百分表測(cè)量滾道直徑時(shí)，刻度盤面對(duì)操作者，測(cè)量弧頂?shù)淖畲笾?。千分表測(cè)得的最大值與校準(zhǔn)值之差就是加工余量。自制滾道直徑量具能準(zhǔn)確測(cè)量實(shí)際加工的滾道直徑，為設(shè)計(jì)工藝文件提供數(shù)據(jù)。

4.2滾道圓弧半徑的測(cè)量方法

滾道圓弧半徑為mm，在滾道槽底部放置一個(gè)φ12.0mm的鋼球進(jìn)行測(cè)量。被測(cè)鋼球與滾道側(cè)壁的間隙為α。當(dāng)0.03mm ≤ α < 0.08mm時(shí)，判定滾道圓弧半徑合格，符合設(shè)計(jì)要求。

5結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)分析回轉(zhuǎn)體薄壁金屬零件的工藝特點(diǎn)和影響加工質(zhì)量的關(guān)鍵因素，闡述了通用車削夾具的缺陷，通過(guò)采用優(yōu)化的裝夾方案、刀具和車削參數(shù)，提供了一套回轉(zhuǎn)體薄壁金屬零件的車削方案。實(shí)踐表明，該工藝方案適用于此類薄壁零件的加工，零件加工合格率由55%提高到99.7%。