■北方華安工業(yè)集團有限公司機械公司 （黑龍江齊齊哈爾 161006） 孟祥志 張王生 王德寬 王陸寧 陳文輝

1.零件結(jié)構(gòu)和技術要求

零件結(jié)構(gòu)如圖1所示，工件長度970mm，內(nèi)孔有公差尺寸，外圓有公差尺寸，同軸度0.1mm，和端面垂直度0.1mm，壁厚最小處為3mm，內(nèi)孔止口φ129mm公差為0.04mm。

2.加工工藝性分析

工件變形是筒體加工的主要難題，初步分析有以下原因。

（1）受夾緊力影響產(chǎn)生變形。由于薄壁鋁管件的剛性差，受夾緊力的作用極易產(chǎn)生變形，當工件在自定心卡盤中夾緊后，產(chǎn)生彈性變形，加工完畢后，在機床上測量工件尺寸合格，將工件從自定心卡盤上取下來，由于工件彈性變形的恢復，已經(jīng)車圓的孔又變得不圓了。

（2）切削熱引起工件熱變形。薄壁鋁管件的線膨脹系數(shù)較高，在半精車和精車的一次裝夾連續(xù)車削中，所產(chǎn)生的切削熱對工件的尺寸和形位精度影響很大。

（3）在切削力（特別是背向力）的作用下，容易產(chǎn)生振動和變形。振動和變形影響薄壁鋁管件的尺寸精度、幾何精度和表面粗糙度。

（4）殘余內(nèi)應力使工件變形。

圖1

3.技術改善措施

為了防止和減少薄壁工件的變形，滿足高精度鋁筒體的加工要求，在加工過程中采取以下技術措施。

（1）工件分粗加工、半精加工和精加工三步。粗車時，夾緊力大些，半精車、精車時，夾緊力逐漸減小，消除粗車時因夾緊力大而引起的變形。

（2）加注切削液，降低切削熱，防止熱變形。加工薄壁鋁管件時，切削液澆注要充分連續(xù)，在刀具切削區(qū)和中心架支撐處，要采用多個水管進行冷卻。粗加工時，宜采用以冷卻為主的水基切削液；精加工時，宜采用以潤滑為主的油基切削液。根據(jù)不同品種的切削液，濃度保持在10%左右。

（3）采取有效措施，解決高精度薄壁鋁管件加工中的振動問題。①在加工較長的薄壁鋁管件時，增加輔助支撐，使零件的剛性增加，振顫減少，使切削平穩(wěn)，表面質(zhì)量提高。②用中心架支撐工件或夾具時，應調(diào)整好中心架三爪自定心卡盤的中心位置，保證零件回轉(zhuǎn)軸線與機床主軸回轉(zhuǎn)軸線重合。③在保證安全的前提下，合理采用減振裝置，或采用吸振材料填充內(nèi)膛，包裹外形等方式減小振動，吸振材料一般采用泡沫、橡膠、毛氈、海綿和布條等。④增加時效處理，減小應力變形。工件粗加工和半精加工后進行分級時效，均衡內(nèi)部組織、釋放殘余應力，根據(jù)零部件結(jié)構(gòu)及技術要求安排工序次數(shù)和裝夾方式，并在時效處理工序，規(guī)定爐內(nèi)零件的均勻擺放區(qū)域。⑤防止磕碰工件。針對薄壁管件零件表面劃傷、磕碰現(xiàn)象，在工藝設計過程中，需根據(jù)零件加工階段的實際需要制作專用流轉(zhuǎn)箱。

（4）合理選擇機床刀具的幾何參數(shù)和切削加工參數(shù)。①粗加工時采用普通車床，刀具的刀尖圓弧一般為R0.4mm，薄壁鋁管件粗加工的加工余量在直徑方向上一般為3～4mm，端面一般為3～4mm。切削參數(shù)一般為：切削速度v＝180～250m/min，進給量f＝0.2～0.3mm/r，背吃刀量ap＝1.5～2.0mm。②半精加工時，選用狀態(tài)穩(wěn)定的普通車床或數(shù)控車床，選用的刀具刀尖圓弧為R0.2～R0.4mm。半精加工的加工余量在直徑方向上一般為1～2mm，端面一般為0.5～1mm。切削參數(shù)一般為：切削速度v＝180～250m/min，進給量f＝0.2～0.3mm/r，背吃刀量ap＝0.25～0.50mm。③精加工時，宜選用精度高、狀態(tài)穩(wěn)定、冷卻充分的數(shù)控車床，每班在零件加工前，需對設備進行預熱，達到設備穩(wěn)定狀態(tài)后再開始加工。根據(jù)零件加工的精度要求，在加工前應檢查設備主軸的徑向跳動和軸向竄動情況，滿足加工要求后開始加工。

精車較高精度的薄壁套鋁管類零件時，刀柄的剛度要求高，刀具的修刃不宜過長，刀具刃口要鋒利，刀尖圓弧半徑R＝0.2mm，使徑向力減小，從而減小切削時的擠壓變形，刀具角度要求如下：①外圓精車時，κr＝90°～93°，κr′＝15°，αo＝14°～16°，αo′＝15°，λs適當增大，γo＝15°～20°。②內(nèi)孔精車時，κr＝60°，κr′＝30°，αo＝14°～16°，αo′＝6°～8°，λs＝5°～6°。

使用數(shù)控刀具精加工內(nèi)孔時，適用內(nèi)冷圓夾緊阻尼減振刀桿，便于切削時切削液通過刀桿中間孔直接澆注刀切削區(qū)，同時便于快速更換刀片。宜根據(jù)所加工零件的尺寸形狀、材料等合理選用專用于鋁合金材料加工的數(shù)控刀片。

精加工選用的刀具刀尖圓弧一般為R0.2mm，重復部位采取多刀階梯式切削，即最后一次車削的刀具應與前面工步使用的刀具分開使用，以保證最終加工質(zhì)量。

精加工余量在直徑方向上一般為0.3～0.5mm，端面一般為0.2～0.3mm。切削參數(shù)一般為：切削速度v＝60～65m/min，進給量f＝0.05～0.1mm，背吃刀量ap＝0.05～0.15mm。

改變夾緊方式，應用軸向夾緊夾具，解決高精度薄壁鋁管件的夾緊變形問題。車削薄壁工件時，一般不能使用徑向夾緊的方法，最好應用軸向夾緊方法。針對零件筒體的結(jié)構(gòu)尺寸，設計了粗車、半精車和精車夾具，并根據(jù)切削力的大小，逐漸減小夾緊力，從而減小或消除因夾緊力而產(chǎn)生的變形。半精車、精車外圓時使用的軸向夾緊夾具結(jié)構(gòu)如圖2所示，半精車、精車內(nèi)孔時使用的軸向夾緊夾具結(jié)構(gòu)如圖3所示。

粗車時，使用彈性脹瓦（見圖4）、開縫套筒和特別扇形軟卡爪增大裝夾接觸面，使夾緊力均勻分布在工件上，夾緊時不易產(chǎn)生變形。

圖2

圖3 1.左端蓋 2.夾具體 3.工件 4.右端蓋

4.工藝方案

加工較高精度薄壁鋁管件筒體的工藝方案如下。

（1）粗車。按圖樣成品尺寸，單邊留余量2～3mm。

（2）時效處理。均化組織及加工應力，使組織更趨穩(wěn)定，減少因組織變化引起的組織應力及因機械加工產(chǎn)生的加工應力引起的變形。時效處理溫度為150℃，保溫6h。

圖4

（3）半精加工。外圓和內(nèi)孔直徑留量1～2mm，長度留量0.5～1mm。

（4）時效處理。與工序（2）內(nèi)容相同。

（5）基準加工。使用車床脹瓦夾具，車削筒體外圓，按圖樣要求，全長尺寸留量0.2～0.3mm；使用車床套筒軸向夾緊夾具，車削基準孔，為基準精加工留量0.3～0.4mm。

（6）穩(wěn)定處理。采用冷熱循環(huán)或冷熱沖擊時效。穩(wěn)定處理工藝步驟為：冷處理→保溫2～3h→空冷回室溫保持2～3h→熱時效→保溫2～3h→爐冷至≤80℃后空冷。根據(jù)尺寸穩(wěn)定情況確定處理循環(huán)次數(shù)、工序位置及加工參數(shù)。

（7）基準精加工。使用車床脹瓦夾具，按圖樣要求控制全長尺寸；使用車床套筒軸向夾緊夾具，車削基準孔，應保證零件基準定位尺寸的加工一致性，確保精加工時，零件與夾具定位部位達到較好的配合要求。

（8）數(shù)控精加工。以內(nèi)孔為基準，使用軸向夾緊夾具精車外圓（見圖5），根據(jù)切削力，減小夾緊力，使外形尺寸達到圖樣要求。以外圓為基準，使用車床套筒軸向夾緊夾具，車削內(nèi)孔各尺寸（見圖6），達到圖樣要求，精加工φ129+0.04+0mm尺寸時，夾緊力適當減小。

圖 5

圖 6

（9）檢驗。一般尺寸的檢測盡可能采用通用量具。對于高精度關鍵和重點尺寸的檢測可利用專用量具，三坐標測量儀、氣動測量儀比較準確。對于要求高的形位精度檢測，為了客觀反映零件加工的實際狀態(tài)，允許進行機內(nèi)測量，即在原加工設備上使用加工時所用的工裝夾持零件進行打表驗收。

（10）工件經(jīng)檢驗合格后，用汽油清洗干凈，成品如圖7所示。將單個零件裝入爐料袋中，放入專用周轉(zhuǎn)箱里流轉(zhuǎn)，零件轉(zhuǎn)表面精飾后盡早安排氧化處理，以免因放置產(chǎn)生銹蝕。

圖 7

5.結(jié)語

通過對高精度薄壁鋁管件筒體的加工工藝試驗和技術攻關，較好地解決了高精度薄壁鋁管件的加工難題，在批量生產(chǎn)中推廣應用，為以后類似產(chǎn)品的加工提供了很好的經(jīng)驗。