薄壁零件的数控车削加工工艺研究

2013-03-31宋理敏吴永钢

机床与液压 2013年7期

宋理敏，吴永钢

(山西机电职业技术学院，山西长治046011)

薄壁零件因其结构紧凑、质量轻、节省材料等特点，在各工业部门日益得到广泛应用。但由于薄壁零件强度低、刚性差，加工过程中极易变形，难于保证零件的加工精度，所以薄壁零件加工难成为一个凸显的问题。作者以某型号产品的一薄壁套筒为例，对薄壁零件的数控车削加工工艺进行研究。

1 影响薄壁零件加工精度因素分析

影响薄壁零件加工精度的因素是多方面的，机床、刀具、工件以及工件的装夹、切削过程的切削力、切削热等都会引起零件的加工误差。具体因素分析见图1所示［1］。

图1 影响薄壁零件加工精度因素

2 薄壁零件的工艺分析

某型号产品的薄壁套筒零件见图2。该零件为小批量生产，材料为1Cr18Ni9Ti，毛坯为φ110 mm×25 mm×180 mm，长度公差为±0.3 mm，表面粗糙度为1.6 μm，最薄壁厚仅为0.3 mm，是一个典型的薄壁零件。

图2 薄壁套筒零件

加工难度分析:

(1)该零件材料的牌号为1Cr18Ni9Ti，这是一种不锈钢材料，其切削加工性很差，相对可切削性约为0.3～0.5之间，是一种难切削材料，其难加工性主要表现在:

①塑性、韧性较高，延伸率、断面收缩率和冲击值都较高，所以切屑不易切离、卷曲和折断，切屑变形消耗的能量增多，且大部分能量转化为热能，使切削温度升高。

②高温强度和高温硬度高，在700℃时仍不能降低其机械性能，故切屑不易被切离，切削过程中切削力大，刀具容易磨损。

③加工硬化倾向高，大大增加了工件切削时的摩擦、磨损和切削力，容易使刀具磨损，影响工件的表面粗糙度。

④切削过程中容易粘刀，形成积屑瘤，从而影响零件表面的加工质量。

(2)该零件筒壁厚度不均匀，最薄壁厚仅0.3 mm，最厚处也不过0.9 mm。采用常规装夹方法，变形太大，难于保证其尺寸精度，需设计专用工装夹具。

3 加工工艺方案制定

针对以上问题，特制定以下加工工艺方案［2-6］:

(1)机床的选择。根据零件的材料及零件的形状和精度要求，选用CAK6150Di FANUC 0i mate TC数控车床。

(2)装夹方法改进。依据零件的结构特点、质量要求，在零件左边预留工艺法兰，法兰内孔加工内螺纹。加工工件内孔采用自定心三爪卡盘定位夹紧;加工工件外圆利用芯轴、压螺，采用一夹一顶装夹方式。

(3)零件加工工序安排:①三爪夹持工件，车左端面，车外圆长50 mm。②粗车内孔，留0.2 mm精加工余量;精车内孔至尺寸;车法兰内孔螺纹M102×2，长25 mm。半成品见图3所示。③套入芯轴，撑内孔，加入压螺以法兰内螺纹旋紧，三爪夹持左端面 (压螺处)，芯轴右端顶顶尖。粗车外圆，留0.2 mm精加工余量;精车外圆至尺寸。④于法兰处切断工件，保证零件的长度尺寸。

图3 精加工内孔后的半成品

(4)刀具的选择。对于不锈钢材料薄壁零件而言，刀具的选择相当重要。刀具的优化选择，可以从刀具的材料和几何结构方面进行考虑。对于该零件采用材料为YW2硬质合金的刀片。这种材料的刀具在加工1Cr18Ni9Ti不锈钢时具有耐磨、抗粘结性好的优点。具体选择见表1所示。

表1 数控加工刀具卡

(5)切削用量的选择。加工薄壁零件，如果切削用量选择不合理，很容易产生表面应力，影响工件表面质量，而且还会影响切削力、产生大量切削热，增大工件的变形程度，所以切削用量的选择至关重要。对于该零件，镗内孔和车外圆时取线速度为120～150 m/min;粗加工进给速度取 0.2～0.3 mm/r，精加工进给速度取0.05 mm/r;粗加工背吃刀量取1～2 mm，精加工背吃刀量取0.2～0.5 mm。