王連宏，張雪冬，尹艷亮，張 芳，吳 鑫，盧廣和，劉瑛杰

(北方通用動力集團(tuán)有限公司，山西 大同 037036)

柴油機(jī)薄壁零件加工工藝研究及應(yīng)用

王連宏，張雪冬，尹艷亮，張 芳，吳 鑫，盧廣和，劉瑛杰

(北方通用動力集團(tuán)有限公司，山西 大同 037036)

以加工薄壁零件擋油襯套為例，分析了影響產(chǎn)品質(zhì)量的主要原因，開展了工藝流程可行性設(shè)計(jì)、加工余量的合理分配、專用工裝的適宜性改進(jìn)以及工藝參數(shù)優(yōu)化等方面的研究，控制了薄壁零件在加工中的變形，解決了質(zhì)量問題，提高了合格率，為類似零件的加工提供了借鑒。

薄壁零件；變形控制；專用夾具；合格率

某型號柴油機(jī)的擋油襯套屬于薄壁盤類易變形零件。由于受零件采用的材質(zhì)和設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的限制，使零件加工質(zhì)量不易保證，合格率低，不能滿足型號柴油機(jī)科研生產(chǎn)的要求。針對上述問題，本文研制了防止變形的適宜性專用夾具，并通過優(yōu)化工藝流程和工藝參數(shù)， 解決了薄壁盤類件加工過程中因變形而影響精度的主要問題，提高了產(chǎn)品合格率，形成了薄壁盤類件機(jī)械加工專有的工藝技術(shù)規(guī)范，滿足了批量生產(chǎn)要求。其技術(shù)成果的應(yīng)用不僅為新品柴油機(jī)研制提供了技術(shù)支撐，還可為同類零件的加工提供了一定的技術(shù)指導(dǎo)。

1 零件的結(jié)構(gòu)

零件結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。零件材質(zhì)為18Cr2Ni4WA，結(jié)構(gòu)屬于盤形環(huán)狀類，其徑向尺寸較大，內(nèi)孔(φ170R6 mm)和外圓(φ180h6 mm)之間壁厚較薄，零件邊緣最薄處只有2 mm，故該零件在夾緊、切削以及熱處理過程中會產(chǎn)生很大的變形。特別是內(nèi)孔圓度與直徑尺寸精度超差較大，致使產(chǎn)品加工合格率僅為30%。

圖1 零件結(jié)構(gòu)示意圖

2 質(zhì)量問題分析

經(jīng)初步分析，工藝流程的可行性設(shè)計(jì)、加工余量的合理匹配以及定位裝夾方案的正確與否是影響產(chǎn)品質(zhì)量的主要原因。

2.1 工藝流程

原工藝方案的工藝流程為：粗鏜孔、車外圓→磨平面→半精鏜孔、車外圓→車圓角和槽形→車臺階孔→精鏜孔、車外圓→熱處理(滲碳)→精磨內(nèi)孔→精磨外圓。

通過對上述工藝流程進(jìn)行驗(yàn)證與分析，發(fā)現(xiàn)該工藝流程的主要缺點(diǎn)是工序安排比較緊密，粗、精加工工序沒有合理分散，加工過程中產(chǎn)生的切削熱不易較快地消除，無法避免加工殘余應(yīng)力在釋放過程中引起的零件變形[1]；同時工序的節(jié)拍較長，不能滿足產(chǎn)品的加工質(zhì)量與批量生產(chǎn)能力要求。因此，粗、精加工工序的集中設(shè)計(jì)是影響產(chǎn)品質(zhì)量的主要原因之一。

2.2 加工余量

2.3 定位裝夾

夾具示意圖如圖2所示。在磨內(nèi)孔時，夾具采用的是彈簧圈徑向夾緊。在通常情況下，采用該彈簧圈裝置夾緊可以使零件受力均勻[2]。而本零件的內(nèi)孔和外圓尺寸精度均為6級，尺寸偏大，公差較嚴(yán)。工藝要求滲碳熱處理后，材料硬度應(yīng)≥54 HRC。且零件壁厚只有5 mm，熱處理后極易引起零件內(nèi)孔與外圓變形；同時，磨削時產(chǎn)生的磨削力也將會使零件產(chǎn)生變形。通過工藝試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，磨削后的零件在夾緊狀態(tài)下測量的尺寸精度完全合格，而從夾具上拆下零件后測量，內(nèi)孔與外圓大部分點(diǎn)超出了尺寸范圍；因此，定位裝夾方案的正確與否也是影響產(chǎn)品質(zhì)量的主要原因之一。

圖2 夾具示意圖

3 優(yōu)化措施

3.1 工藝流程的優(yōu)化

在工藝試驗(yàn)驗(yàn)證的基礎(chǔ)上，針對工藝流程進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。優(yōu)化的工藝流程如下：粗鏜孔→粗車外圓→鏜孔→磨平面→半精鏜孔→半精車外圓→車圓角→車槽形→車臺階孔(止口)→精車臺階孔(止口)→精鏜孔→精車外圓→熱處理(滲碳)→磨臺階孔(止口)→精磨內(nèi)孔→精磨外圓。

從優(yōu)化的工藝流程可以看出，為減少切削力和切削熱的影響，對粗鏜孔、車外圓、半精鏜孔、車外圓以及車圓角與車槽形等工序進(jìn)行了分散設(shè)計(jì)，并增加了精鏜孔工序和精車臺階孔工序，延長了工藝流程，使粗、精加工工序得到了合理分散。這種工藝方案的主要優(yōu)點(diǎn)是極大地消除了加工過程中因加工余量集中而產(chǎn)生的殘余應(yīng)力，使粗加工時產(chǎn)生的變形在精加工中得到糾正，有效地防止了零件因切削力過大和切削熱不能及時消除而產(chǎn)生的變形，保證了產(chǎn)品質(zhì)量。

3.2 加工余量的分配

將原工藝中的半精鏜孔工序的內(nèi)孔尺寸由原來的φ168.5 mm調(diào)整為φ168 mm，精鏜孔工序的內(nèi)孔尺寸由φ169.4 mm調(diào)整為φ169 mm，這樣就給熱處理變形及磨內(nèi)孔時留出了1mm的余量。加工余量的合理匹配使熱處理引起的變形量在精加工中可以得到有效糾正。

3.3 檢測量具的合理設(shè)計(jì)

3.4 專用夾具的改進(jìn)

零件只要存在徑向夾緊力，零件的變形就不可避免。為了避免零件裝夾過程中產(chǎn)生徑向夾緊力，工藝方案中優(yōu)選了高精度內(nèi)孔磨床磨削內(nèi)孔，并設(shè)計(jì)了專用磨內(nèi)孔夾具(見圖3)。該夾具的裝夾方式由原來的外圓定位夾緊，改為止口定位，端面壓緊，同時采用縮嚴(yán)止口孔徑尺寸公差的方法提供定位精度，保證了零件加工質(zhì)量要求。這種設(shè)計(jì)方案的優(yōu)點(diǎn)主要是使工件避免了外圓產(chǎn)生夾緊力，有效控制了零件的裝夾變形。

圖3 改進(jìn)的專用夾具示意圖

3.5 砂輪與切削用量的選擇

磨削時砂輪與工件接觸面積較大，單位面積的壓力較小，同時零件的材料硬度較高，在工藝試驗(yàn)驗(yàn)證的基礎(chǔ)上，選用較軟的砂輪進(jìn)行切削。

由于該零件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，切削用量不宜選擇太大，否則切削力增大，使工件在磨削過程中產(chǎn)生變形。根據(jù)金屬切削手冊，結(jié)合實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，選用了適當(dāng)

的切削用量。開始磨削時采用較大的徑向進(jìn)給量，而在磨削后期采用小的徑向進(jìn)給量，最后采用無進(jìn)給量磨削。這樣不僅使零件尺寸精度和表面粗造度等級得到了保證，而且避免了磨削過程中產(chǎn)生的變形現(xiàn)象，徹底解決了磨削內(nèi)孔的變形問題，保證了后續(xù)加工中的尺寸精度和幾何公差要求。

4 結(jié)語

工藝方案的改進(jìn)、適宜性工裝的設(shè)計(jì)和工藝參數(shù)的優(yōu)化等措施，在批量生產(chǎn)中得到了驗(yàn)證。零件合格率由原來的30%提高到了100%，節(jié)省了大量的人力、物力，提高了生產(chǎn)效率，降低了制造成本，滿足了柴油機(jī)的批量生產(chǎn)要求。該工藝技術(shù)成果的應(yīng)用可為將來類似零件的加工提供技術(shù)儲備與支持。

[1] 王先逵.機(jī)械加工工藝手冊[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006.

[2] 《航空工藝裝備設(shè)計(jì)手冊》編寫組.夾具設(shè)計(jì)[M].北京：國防工業(yè)出版社，1979.

[3] 陳宏鈞.金屬切削技術(shù)基礎(chǔ)手冊[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006.

責(zé)任編輯 馬彤

Research and Application of Processing Technology of Thin Wall Parts of Diesel Engine

WANG Lianhong，ZHANG Xuedong，YIN Yanliang，ZHANG Fang,WU Xin,LU Guanghe,LIU Yingjie

(North General Power Proup Co., Ltd., Datong 037036, China)

The machining of thin wall parts retaining bushing oil is taken as an example, and analyze the main reasons affecting the quality of products. From the allocation of a reasonable process with the feasibility of the design, machining allowance, special suitable improvement and process parameters optimization, control the deformation of thin-walled parts in the processing, solve the problem of quality, increase the rate of qualified products, and provide a reference for the similar parts processing.

thin wall parts, deformation control, special clamp, qualified rate

TH 162

A

王連宏(1964-)，男，高級工程師，主要從事柴油機(jī)先進(jìn)制造工藝技術(shù)等方面的研究。

2016-05-31