繆海滔，陳盛其，林志鋒，曾 敏，夏穎鳳

(1.寧德師范學(xué)院，福建 寧德 352100；2.寧德市優(yōu)力維特電梯配件有限公司，福建 福安 355000)

作為一種較為常見的機(jī)械生產(chǎn)加工產(chǎn)品，薄壁圓環(huán)零件的使用較少，也沒有專門的制造磨具。因此在生產(chǎn)此類產(chǎn)品時(shí)候存在一定難度，尤其針對(duì)特殊零件形狀的形位公差和表面質(zhì)量方面，傳統(tǒng)的機(jī)械生產(chǎn)操作存在很多適應(yīng)性問題。而“以車代磨”屬于一種傳統(tǒng)的技術(shù)工藝，常見的加工方式借助了數(shù)控車床技術(shù)，其往往能夠優(yōu)化薄壁圓環(huán)零件加工工藝，能夠保證其加工精度的同時(shí)，還能保證產(chǎn)品的外觀質(zhì)量等。在運(yùn)行中，其先是將零件進(jìn)行固定和校正，然后做好“外圓”和“內(nèi)孔”的精度調(diào)整。為了降低內(nèi)應(yīng)力因素造成的變形影響[1]。讓所指定值保持一定的精度和準(zhǔn)確值，應(yīng)當(dāng)按照一定標(biāo)準(zhǔn)要求來確定形位公差。若不滿足就只能報(bào)廢處理?？梢姟耙攒嚧ァ惫に嚰夹g(shù)在處理零件部件加工時(shí)候，借助數(shù)控車削技術(shù)和刀片加工處理，精度已可達(dá)IT5和IT6級(jí)的范圍(見圖1)。在處理零件加工時(shí)候能夠保證零部件的形位公差，讓其表面粗糙程度能夠得到有效保證。據(jù)此，筆者結(jié)合“以車代磨”工藝在“薄壁圓環(huán)零件加工”進(jìn)行分析研究。

a—仿型車削；b—NC/CNC車削；c—高精度車削圖1 車削加工精度的發(fā)展

1 以車代磨的特點(diǎn)和應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

1.1 以車代磨的工具材料

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，切削刀具的應(yīng)用更為廣泛。在通常的道具使用中，切削刀具在機(jī)械制造等領(lǐng)域要求有著較長的使用壽命，而且要根據(jù)加工對(duì)象的不同，道具的材質(zhì)和工藝都有著明顯差異。

常用的刀具有陶瓷刀具:陶瓷刀具有著較好的加工性能，適合淬硬鋼件加工使用。同時(shí)，該材料使用的產(chǎn)品還能加工鐵件。一般在生產(chǎn)陶瓷刀具時(shí)候都會(huì)存在負(fù)切削現(xiàn)象，而隨著負(fù)切削角度的增加，對(duì)車床的剛度也有著更為具體的要求[2]。同時(shí)，陶瓷刀具也適合具有連續(xù)性和剛截面的加工材料，其切削速度穩(wěn)定在145 m/min，且其表面的粗糙度能控制在Ra0.4～0.7μm。陶瓷原材料豐富，價(jià)格低廉，廣為使用。

而立方氮化硼 CBN刀具也十分受加工廠喜愛。這種切削刀十分鋒利，且能省力，其產(chǎn)品精度和粗糙度都能控制在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，不過其價(jià)格對(duì)于陶瓷刀具更加昂貴。

Ti C 涂層刀具比較適合硬度在HRC55以下的工件，其在銑削加工方面有著較好的應(yīng)用。

1.2 以車代磨需要的工作環(huán)境

要想發(fā)揮以車代磨工藝實(shí)力，需要具有好的刀具材料，更需要一個(gè)高效穩(wěn)定的機(jī)床條件。對(duì)于車床需求而言，要讓整個(gè)以車代磨實(shí)現(xiàn)工藝，首先，要保證車床的剛性和硬度。若其存在剛性誤差，所生產(chǎn)的工件直徑尺寸和規(guī)定尺寸之間會(huì)有明顯差異。此外，要保證其有一定的熱穩(wěn)定性，讓其在固定溫度下保證工件的質(zhì)量和精度。[3]最后，整個(gè)導(dǎo)軌系統(tǒng)要滿足一定進(jìn)度和允許值，嚴(yán)禁出現(xiàn)爬行等情況，讓其滿足直線操作，不要形成有害間隙。圖2為云南機(jī)床制造廠生產(chǎn)的CY-HTC25100型后置刀架全技能數(shù)控車床。

圖2 數(shù)控車床

1.3 以車代磨的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

該項(xiàng)工藝從質(zhì)量上而言，以車代磨加工工藝能夠廣泛提升加工柔性，借助相關(guān)切削刀刃的幾何參數(shù)，降低其復(fù)雜加工難度和缺陷。其次，從污染損耗方面而言，傳統(tǒng)的切削加工工藝會(huì)造成嚴(yán)重的環(huán)境污染問題。在磨削加工中，產(chǎn)生的大量廢液和相關(guān)廢棄物都面臨著處理難題，一旦處理存在誤差，會(huì)形成嚴(yán)重的環(huán)境污染難題。而以車代磨工藝在工藝運(yùn)行中不需要借助“冷卻液”，因此不會(huì)造成污染環(huán)境問題。最后，從生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)效益方面而言，以車代磨可以很大程度地縮短加工時(shí)間，不需要過度投入投資費(fèi)用，因此能夠控制單件加工成本，也在實(shí)際運(yùn)用中體現(xiàn)了較好的經(jīng)濟(jì)性能[4]。

2 薄壁圓環(huán)零件特點(diǎn)

2.1 薄壁圓環(huán)零件

在機(jī)械制造中，薄壁圓環(huán)零件最為常見，這種零件有高精度要求和強(qiáng)技術(shù)性的特點(diǎn)。在使用過程中這種構(gòu)件由于剛性較大且裝夾難度高，常常出現(xiàn)損壞零件表面的現(xiàn)象。在機(jī)械生產(chǎn)制造過程中，該類零件的厚度不足1 cm，因此較難把握其生產(chǎn)精度，讓所生產(chǎn)產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)一步到位，“一次合格”[5](見圖3)。同時(shí)，縱使使用一些高精度的車床數(shù)控設(shè)備，產(chǎn)品也會(huì)因?yàn)槠錂C(jī)械化的操作發(fā)生變形，最后會(huì)大大降低零件精度。

圖3 薄壁圓環(huán)零件

2.2 薄壁圓環(huán)零件生產(chǎn)加工特點(diǎn)

在我國，常見的薄壁圓環(huán)零件生產(chǎn)加工是使用數(shù)控車床的切削處理。通過數(shù)控車床的卡盤將零件固定，再校正和內(nèi)孔外圓的精車處理，然后讓工件滿足一定值。事實(shí)上，該項(xiàng)技術(shù)在加工時(shí)，難免會(huì)存在內(nèi)外應(yīng)力差和材料影響造成的變形隱患。受到應(yīng)力偏差，產(chǎn)品的尺寸和效能都會(huì)有較大偏差，最終產(chǎn)生大量的報(bào)廢產(chǎn)品。[6]除此之外，在完成內(nèi)孔外圓的精車處理后，在對(duì)其內(nèi)外車的空槽加工出口時(shí)候，在外形固定的情況下，應(yīng)力稍微過度都會(huì)對(duì)整個(gè)外圓造成沖擊影響，讓其發(fā)生扭曲，產(chǎn)生裂隙等，而機(jī)床也不能使用軟爪校正，因此很容易出現(xiàn)變形，可見這種加工方式的成功率較低，且產(chǎn)品質(zhì)量存在隱患，需要相關(guān)專業(yè)人士進(jìn)行操作。

事實(shí)上“以車代磨”工藝屬性比較柔性化，在薄壁圓環(huán)零件生產(chǎn)方面能夠代替?zhèn)鹘y(tǒng)的磨削工藝，為工件生產(chǎn)質(zhì)量和成品效率提供更多的保證。

3 以車代磨的工藝技術(shù)方法

以車代磨將零件加工方式全新定義。這種以車代磨工藝在數(shù)控車削加工環(huán)境下的技術(shù)，和多種材質(zhì)的專用刀片結(jié)合，在允許范圍值內(nèi)，對(duì)工件生產(chǎn)有重要影響。首先是以車代磨工藝能夠節(jié)約產(chǎn)品生產(chǎn)原材料，提升其生產(chǎn)效率和質(zhì)量，還能降低環(huán)境污染和提升經(jīng)濟(jì)效益。以車代磨在工藝處理有以下兩點(diǎn)技術(shù)特點(diǎn)。

3.1 滾壓法

這種方式借助了特制滾壓工具，能夠在零部件表面施加應(yīng)力，讓其發(fā)生滿足范圍內(nèi)的變形，從而降低工件表面的粗糙度，鞏固和加強(qiáng)工件表面性能。值得注意的是，這種工藝加工方式不會(huì)出現(xiàn)“切屑”現(xiàn)象。

首先，效率和降粗糙度而言，該項(xiàng)方式能夠?qū)⒐ぜ砻娲植诙冉档?～4個(gè)級(jí)別。而其運(yùn)行效率也遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他工件的加工方式[7]。其次，該項(xiàng)技術(shù)能夠?qū)⒐ぜ砻娴拇植跇?biāo)準(zhǔn)值控制在0.5 μm，能在工件制造處理允許值范圍內(nèi)，減少施工工序。三是通過滾壓方式，使工件表面的抗疲勞程度和耐磨性都有明顯的提升，提高工件質(zhì)量，還能避免傳統(tǒng)切削頻率過高產(chǎn)生發(fā)熱發(fā)燙導(dǎo)致工件表面燒傷的問題。最后，針對(duì)其操作難度而言，該項(xiàng)技術(shù)需要的加工工具和制造流程相對(duì)簡(jiǎn)單，且不需要進(jìn)行二次修復(fù)和檢查。

事實(shí)上，經(jīng)過滾壓法處理后的圓環(huán)零件，其工作形狀和位置精度都能滿足工作要求，且表面清潔，減少了清潔程序。

3.2 磨砂磨削

這種方式接替獨(dú)特的砂帶磨削工具，其常被安置于車床刀具位置處，來實(shí)現(xiàn)對(duì)一些零件表面的打磨。事實(shí)上，這項(xiàng)技術(shù)能夠降低工件表面的粗糙程度，能滿足工廠工具有一定粗糙度要求的生產(chǎn)需求，主要有以下幾個(gè)方面特點(diǎn)。

(1)散熱快。該項(xiàng)技術(shù)在進(jìn)行磨削時(shí)候不會(huì)產(chǎn)生過度熱量，且能夠進(jìn)行全面散熱。

(2)滿足應(yīng)力要求。其在操作工程中表面產(chǎn)生的硬化層深度以及相關(guān)應(yīng)力都低于傳統(tǒng)的砂輪磨削。

(3)拋光性能好。整個(gè)工藝流程的技術(shù)要求較為穩(wěn)定，且生產(chǎn)的工件具有較好的柔軟性，能夠滿足各種曲面磨削，具有拋光作用。

(4)操作簡(jiǎn)單。整個(gè)工藝流程的安全性高、制造成本低，設(shè)備操作簡(jiǎn)單且易上手學(xué)習(xí)。

(5)工件定位工作完成后還能夠通過砂帶更換方式再次加工[8]。

4 以車代磨工藝在機(jī)械加工中的應(yīng)用案例

筆者結(jié)合相關(guān)對(duì)“薄壁圓環(huán)零件生產(chǎn)”進(jìn)行分析，希望能夠?yàn)橐恍┣邢魃a(chǎn)工件的機(jī)械工作人員提供借鑒參考。

在機(jī)械制造中，薄壁圓環(huán)零件最為常見，這種零件有高精度要求和強(qiáng)技術(shù)性的特點(diǎn)。常常出現(xiàn)加工時(shí)損壞零件表面的現(xiàn)象。因此有著較高的制造難度。以“緊縮盤”為例，這種工件的最薄壁為0.5 cm，且寬度為17 cm，Φ43 cm(見圖4)，這種薄壁工件對(duì)工件加工師傅技術(shù)和車床性能有明顯要求。這加強(qiáng)大了磨床加工難度。同時(shí)，這種兩個(gè)錐面的椎度有著明顯區(qū)別，車裝的調(diào)整難度也隨之增加，而且每個(gè)內(nèi)孔的軸面度有著十分精準(zhǔn)化的要求，在經(jīng)過傳統(tǒng)的多次工藝處理實(shí)驗(yàn)證明，該項(xiàng)技術(shù)不能取得較好的加工精度。針對(duì)其生產(chǎn)成品而言，該項(xiàng)技術(shù)在通用機(jī)械方面，其尺寸精度、形狀外觀和表面粗糙程度都不能滿足相關(guān)使用要求，而其生產(chǎn)的產(chǎn)品壁厚較薄，而加工難度較大，因此合格率較低，傳統(tǒng)的車削加工方法存在著很大實(shí)用性難題。

為了讓其獲得更好的工藝技術(shù)，筆者將“以車代磨”工藝運(yùn)用到了薄壁圓環(huán)零件生產(chǎn)中。在此過程中，采取數(shù)控車削作為加工中心。而采用“液壓卡盤”作為柔夾穩(wěn)定環(huán)面變量，讓零件在錐面內(nèi)孔軸度得到保證，同時(shí)，選擇機(jī)夾刀片對(duì)表面的粗糙度進(jìn)行控制(見圖5)。該技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中，往往能夠優(yōu)化薄壁圓環(huán)零件加工工藝，既保證加工精度，還能保證產(chǎn)品的外觀質(zhì)量等?？梢?，該技術(shù)能夠完全解決“薄壁圓環(huán)零件生產(chǎn)”的難題，目前，該項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)在“緊鎖盤”加工中獲得廣泛應(yīng)用，為相關(guān)工廠取得了較為理想的加工效果。該項(xiàng)技術(shù)還大范圍的提高刀具使用壽命，降低其加工成本。

圖4 薄壁零件

圖5 薄壁零件加工示意圖

5 結(jié) 語

綜上所述，“以車代磨”工藝對(duì)“薄壁圓環(huán)零件生產(chǎn)”有重要影響。

(1)能夠降低產(chǎn)品生產(chǎn)原材料，提升其生產(chǎn)效率和質(zhì)量，還能降低環(huán)境污染和提升經(jīng)濟(jì)效益。因此是一個(gè)較為可行的方法。該項(xiàng)技術(shù)屬于一個(gè)全新加工方式。

(2)將“以車代磨”工藝運(yùn)用對(duì)“薄壁圓環(huán)零件”生產(chǎn)中，能提高其加工柔性，縮短工期，提升工件高精度，能夠滿足“薄壁圓環(huán)零件”加工需求，因此，建議相關(guān)工廠將“以車代磨”工藝技術(shù)應(yīng)用于各項(xiàng)生產(chǎn)，來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的“薄壁圓環(huán)零件生產(chǎn)”工藝，能夠提升和促進(jìn)我國機(jī)械制造產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。