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        典型小薄壁套類零件的加工

        2014-12-02 01:34:56山東省泰安市高級技工學(xué)校271000焦長玉
        金屬加工(冷加工) 2014年16期
        關(guān)鍵詞:變形

        山東省泰安市高級技工學(xué)校 (271000) 焦長玉

        小薄壁套類零件在儀表、辦公以及其他小型設(shè)備中應(yīng)用廣泛。其加工難度大,主要原因是在裝夾和機(jī)加工過程中容易產(chǎn)生多種變形。本文對其變形的主要原因進(jìn)行了分析并提出了解決方案,在其夾具的設(shè)計(jì)中采用了氣壓和彈性橡膠,有效地解決了裝夾變形的問題。對其他小薄壁套類零件夾具的設(shè)計(jì)有一定的示范意義。

        1.圖樣分析

        如圖1 所示,典型小薄壁結(jié)構(gòu)零件。材料為Y1Cr17 (GB/T1220)不銹鋼,棒料毛壞。批量生產(chǎn)。從零件圖樣要求及材料來看,加工此零件的難度是很大的。壁厚最薄1 mm。加工材料為Y1Cr17(GB/T1220)不銹鋼,難切削。內(nèi)徑尺寸為φ10~φ12 mm,公差只有0.01~0.02 mm。外徑為φ14~φ14.3 mm,公差只有0.02 mm。兩端內(nèi)孔對稱,各有一個0.5×0.1 mm 的內(nèi)溝槽。幾處倒角很小0.15~0.25 mm。該件壁薄易變形、精度高、結(jié)構(gòu)小、難加工、材料難切削。

        圖1 工件

        2.工藝分析

        壁薄是該零件的突出特點(diǎn)。為更好地分析加工工藝過程,要首先分析一下影響薄壁零件加工精度的因素。薄壁零件在夾緊力和切削力的作用下,容易產(chǎn)生變形、振動,影響工件車削精度。由于壁薄工件熱容量小,易引起熱變形,工件尺寸不易掌握。

        (1)受熱變形:因工件較薄,熱容量小,傳導(dǎo)慢,在切削熱的作用下,工件溫度較高,會引起工件熱變形,使工件尺寸難于控制。

        減小切削熱的措施:減小切削力,車削時需注意控制切削溫度的升高,首先通過減小切削變形(切削力)來減少切削熱的產(chǎn)生,同時增大刀尖部分的散熱面積以及使用充分的冷卻潤滑液等途徑,將切削熱及時傳散。切削液應(yīng)選用抗粘結(jié)冷卻性好的切削液,如含硫、氯等極壓添加劑的乳化液;切削液的的供給必須充分。

        (2)振動變形:在切削力(特別是徑向切削力)的作用下,容易產(chǎn)生振動和變形,影響工件的尺寸精度、形狀、位置精度和表面粗糙度。

        徑向切削力位于水平面內(nèi),垂直于縱向走刀方向,刀具和工件之間的抗力,使工件發(fā)生彎曲。由于壁薄背吃刀量小,在切屑斷裂時,刀尖與工件間的抗力是間歇變化的,從而使工件乃至刀具產(chǎn)生振動。

        減小振動變形的措施:選用剛性好,功率足夠大的機(jī)床。同時盡可能提高刀具及工件的剛度,如盡可能增大刀桿截面積,減少刀具的懸伸長度等。

        (3)受力變形:因工件壁薄,在夾緊力的作用下容易產(chǎn)生變形,從而影響工件的尺寸精度和形狀精度。若用自動定心卡盤裝夾薄壁件,零件在三個卡爪夾緊力的作用下,產(chǎn)生變形,造成零件的圓度誤差。如果減小夾緊力,在車削時有可能使零件松動而報(bào)廢。夾緊力的大小,通常采取粗車時夾緊些,精車時夾松些,以控制零件的變形。

        為減小壁薄工件的受力變形,常采用開口過渡環(huán)或增大卡爪與工件的接觸面積的方法。這種方法適用于壁不是太薄且便于內(nèi)外結(jié)構(gòu)加工的工件。工件由徑向夾緊改為軸向夾緊,是薄壁套筒工件常用的方法之一。雖然這種方法使工件產(chǎn)生變形很小,但每加工一個零件都要用螺母鎖緊,增加了裝夾輔助時間和操作者的勞動強(qiáng)度,降低了生產(chǎn)效率,不能夠適應(yīng)大批量生產(chǎn)的要求,特別是在數(shù)控車床上大批量生產(chǎn)類似圖1 所示的薄壁零件。

        要解決該零件加工變形及生產(chǎn)效率問題,必須設(shè)計(jì)專用夾具。

        加工工藝過程如下:

        工序一:夾棒料,φ9.5 mm 鉆頭鉆孔,粗車內(nèi)孔→粗、精車端面至要求→粗車外圓→半精車外形→精車外形至尺寸,切斷。

        工序二:專用夾具裝夾,半精車切斷端內(nèi)孔及端面至尺寸→車內(nèi)槽。調(diào)頭,半精車另一端內(nèi)孔至尺寸→車內(nèi)槽。

        3.專用夾具設(shè)計(jì)

        設(shè)計(jì)如圖1 所示,壁薄零件形腔加工專用夾具。

        通過以上工藝分析知:壁薄零件形腔的加工需用專用夾具。

        (1)專用夾具的設(shè)計(jì)。

        定位基準(zhǔn)的選擇:該工件在前一工序中內(nèi)孔已鉆、外形除切斷端的一個倒角外其余已加工至要求。選擇φ (14.3±0.009)mm 外圓為徑向基準(zhǔn)、已加工好的左端面為軸向基準(zhǔn)。

        夾緊方式的選擇:該零件壁厚僅有1 mm 左右,切削量不能太大,切削力、夾緊力也不能太大,可采用氣壓彈性橡膠專用夾具。

        圖2 為該夾具的裝配圖。聯(lián)接盤與機(jī)床主軸相連,結(jié)構(gòu)形式視實(shí)際情況而定。密封墊除起到密封壓縮空氣的作用外,中間φ20 mm 的孔與回轉(zhuǎn)氣動裝置中的壓縮空氣管相連,壓縮空氣通過三個對稱分布的導(dǎo)氣孔作用到彈性橡膠套上,由彈性橡膠套的變形把工件夾緊。夾爪定位孔是當(dāng)夾具與機(jī)床安裝好后配作的。

        圖2 夾具

        (2)主要零件夾爪的零件如圖3 所示。

        圖3 夾爪

        4.刀具及切削用量的選擇

        采用該氣壓彈性專用夾具在微型精密數(shù)控車床上加工該工件,有效解決了裝夾變形和生產(chǎn)效率問題。但要想對該類工件進(jìn)行正常地加工,還必須合理地選用刀具材料、參數(shù)以及切削用量。

        (1)刀具材料、參數(shù)的選擇:圖1 所示,典型壁薄工件材料牌號為Y1Cr17,屬鐵素體類易切不銹鋼。該不銹鋼具有易切結(jié)構(gòu)鋼的切削性能,同時也具有優(yōu)質(zhì)結(jié)構(gòu)鋼的力學(xué)性能,生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛。通常加工該材料所用的鉆頭、絲錐之類復(fù)雜定型刀具多用新型高速鋼材料,如W12Cr4V4Mo、W12Cr4V5Co5(T15)及W9Cr4V5Co3 等。內(nèi)外圓車刀可選用YG類、YW1、YW2、YH1 及YH2 等常用牌號的硬質(zhì)合金。為使刀具鋒利減小切削力,切削不銹鋼材料的刀具前角應(yīng)盡可能取大值,特別是加工小型壁薄工件。一般前角為12°~30°。為保證足夠的刀具強(qiáng)度,后角不宜過大,粗車為6°~10°,精車為10°~20°。

        在批量生產(chǎn)中為保證加工質(zhì)量和生產(chǎn)效率,常選用性能更高專為精密微型工件加工設(shè)計(jì)的刀具,如:超微粒硬質(zhì)合金PVD 涂層刀具和金屬陶瓷類PVD 涂層刀具等。

        (2)切削用量的選擇:為保證其加工精度和表面質(zhì)量一般選用較小的背吃刀量、進(jìn)給量和較大的切削速度。粗車外圓背吃刀量取0.3~0.5 mm,內(nèi)孔取0.2~0.3 mm;精車內(nèi)、外圓背吃刀量取0.1~0.15 mm;粗、精車進(jìn)給量取0.02~0.05 mm/r,切槽、切斷取0.02 mm/r,鉆孔時取0.07 mm/r。用超微粒硬質(zhì)合金和金屬陶瓷類PVD 涂層刀具切削Y1Cr17 不銹鋼的切削速度可達(dá)295 m/min 以上,加工較小尺寸工件時,一般在機(jī)床回轉(zhuǎn)性能許可的前提下,盡可能選用較高的轉(zhuǎn)速。范例中鉆孔選1200 r/min、粗精車內(nèi)外圓選用3000 r/min、切斷選用2000 r/min。

        此外,加工壁薄工件時一般選擇以冷卻潤滑為主的切削液。如下幾種:硫化油、硫化豆油,煤油加油酸或植物油、四氯化碳加礦物油及乳化液等。

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