安徽神劍科技股份有限公司（合肥 230022）賴正望

薄壁零件在機(jī)械加工中一直是個(gè)難題，不管機(jī)床、刀具的精度多高，若工藝及裝夾不佳都會(huì)造成產(chǎn)品變形超差。產(chǎn)品的變形主要由以下兩個(gè)方面原因造成：①產(chǎn)品的壁薄，剛性較差，裝夾時(shí)易受夾緊力影響產(chǎn)生變形，產(chǎn)品加工后釋放夾緊力，引起產(chǎn)品回彈變形超差。②材料存在內(nèi)應(yīng)力，去除材料后內(nèi)應(yīng)力釋放引起產(chǎn)品的變形。

1.典型件問題描述

我廠生產(chǎn)的薄壁件形狀如圖1所示，材料為2A12，內(nèi)孔及外圓尺寸要求較高。

圖1

產(chǎn)品材料本身存在內(nèi)應(yīng)力，通過先粗加工、半精加工后再精加工的方式可逐步去除材料本身的內(nèi)應(yīng)力影響，使得產(chǎn)品變形可控。產(chǎn)品在毛坯狀態(tài)由于壁厚，可以采用通用的裝夾方式（如用三爪夾外圓或脹內(nèi)孔裝夾方式裝夾）進(jìn)行粗加工、半精加工，但是產(chǎn)品在精加工時(shí)由于產(chǎn)品壁較薄，若裝夾不當(dāng)容易受裝夾力影響引起產(chǎn)品變形，如采用三爪夾外圓或脹內(nèi)孔裝夾方式裝夾都會(huì)引起產(chǎn)品變形超差。對于此類薄壁件的裝夾，通常采用的方式是壓端面裝夾。然而實(shí)際生產(chǎn)過程中，由于種種原因（產(chǎn)品在加工兩端面時(shí)由于調(diào)頭裝夾、定位誤差、切削過程中的工件、刀具讓刀等情況影響使得產(chǎn)品的兩個(gè)端面加工后不平行）加工后產(chǎn)品的兩端面不平行，造成產(chǎn)品裝夾面局部受力，使得產(chǎn)品局部變形較大，產(chǎn)品完成切削加工后在夾緊力未撤消時(shí)尺寸符合要求，夾緊力撤消后造成產(chǎn)品的局部回彈變形過大而超差。

2.解決方案

采用浮動(dòng)球面夾緊方式裝夾產(chǎn)品可使產(chǎn)品的兩端面均勻受力，消除產(chǎn)品切削加工后局部變形問題，并可有效、適度控制產(chǎn)品的夾緊力大小。浮動(dòng)球面夾緊裝置如圖2所示，該裝置由本體、定位環(huán)、壓環(huán)、開口墊、螺釘組成，本體的外圓柱可定心，臺階面為產(chǎn)品的定位面。由于產(chǎn)品和本體間有較小的配合間隙，使得本體臺階定位面可以和產(chǎn)品的一個(gè)面進(jìn)行有效貼合，均勻受力；產(chǎn)品的另一個(gè)面采用球頭曲面夾緊工件，球面可以轉(zhuǎn)動(dòng)，能自動(dòng)找正產(chǎn)品的受力方向，使得產(chǎn)品的受力始終垂直產(chǎn)品的端面，受力均勻，不會(huì)造成產(chǎn)品的局部受力過大變形現(xiàn)象。根據(jù)刀具的最大切削力，推算出裝夾產(chǎn)品的端面所需的最大靜摩擦力，進(jìn)而推算出螺紋的最小預(yù)緊力，可適度控制產(chǎn)品夾緊力，螺紋擰緊力矩采用力矩扳手法進(jìn)行精確限定，避免產(chǎn)品受力過大變形。此浮動(dòng)球面夾緊方式用于產(chǎn)品精車外形，產(chǎn)品的尺寸能夠得到有效控制。當(dāng)然，采用同樣的裝夾原理設(shè)計(jì)夾具也可以進(jìn)行產(chǎn)品的精鏜內(nèi)孔加工。

圖2

3.確定力矩扳手的最大值

刀具的最大切削深度為ap=1mm，最大進(jìn)給量f=0.2mm/r，主軸轉(zhuǎn)速為1000r/min，刀具為硬質(zhì)合金外圓車刀（γo=20°，刀尖半徑為R=0.4mm，60°菱形刀片），根據(jù)公式可計(jì)算最大切削力為142.7N，工件端面的正壓力為839.34N。

為了增強(qiáng)螺紋鎖緊防松能力以及防止受切削力載荷螺母的滑動(dòng)，螺紋聯(lián)接要預(yù)緊。對于螺紋聯(lián)接，其擰緊力矩T用于克服螺紋副的螺紋阻力矩T1及螺母與被聯(lián)接件(或墊圈)支承面間的端面摩擦力矩T2。施加擰緊力矩時(shí)，可用力矩扳手法控制預(yù)緊力，計(jì)算擰緊力矩的計(jì)算公式為

式中，d為螺紋公稱直徑（mm）；F′為預(yù)緊力，（N）；d2為螺紋中徑（mm）；φ為螺紋升角；ρv為螺紋當(dāng)量摩擦角；μ為螺母與被聯(lián)接件支承面間的摩擦因數(shù)；K為擰緊力矩系數(shù)；Dw為扭矩搬手螺帽內(nèi)切圓直徑；d0是螺釘大徑。

K可查表得：K=0.12，F(xiàn)′=N=839.34N，螺紋公稱直徑為30mm。

T=KF′d=0.12×839.34×30=3021.624N·mm=3.0N·m

4.結(jié)語

實(shí)際生產(chǎn)時(shí)，選定切削刀具型號、固化產(chǎn)品加工參數(shù)后，通過計(jì)數(shù)得出最小力矩值，可通過力矩扳手法控制擰緊力矩的數(shù)值，使產(chǎn)品在最小的變形狀態(tài)下，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定加工，可有效控制產(chǎn)品的尺寸精度。