陳書楊 鮮海峰 王維榮 王學軍 吳黃世璋 趙信文

（中國工程物理研究院流體物理研究所，四川 綿陽621000）

大部分鋁材料具有剛性差、強度低的特性，在加工中極易產(chǎn)生形變。加上零件的形狀比較復(fù)雜，使零件加工的形位誤差增大，不易保證零件的加工質(zhì)量。大部分球殼類零件的加工難點在于其零件的剛性較差，強度弱，裝夾困難，易變性。不易保證零件的加工質(zhì)量。影響球殼零件加工的主要因素主要有3 點：a.受力變形：大部分球殼件為薄壁件，加工受切削力擠壓易使工件變形，故切削時應(yīng)選用前角較大的刀具。b.受熱變形：切削加工產(chǎn)生的切削熱量使工件尺寸難以控制，加工應(yīng)澆注冷卻液。c.振動變形：在切削力的作用下，易產(chǎn)生振動和變形影響形狀和尺寸位置精度及表面質(zhì)量，選用道具剛性應(yīng)足夠強。通過改進薄壁零件的加工工藝可提高加工效率及產(chǎn)品合格率，節(jié)約成本和時間。下面我將通過例子具體介紹一種通過預(yù)留工藝卡頭加工薄壁零件的新工藝。一般的加工工藝加工較困難，為此根據(jù)鋁制球殼的特性，應(yīng)合理選用夾具、刀具、切削用量等等。

圖1

1 工件的裝夾

在裝夾的過程中，裝夾力過大，易使工件變形；裝夾力過小，在車削過程中可能因松動而產(chǎn)生扎刀現(xiàn)象，直接使得產(chǎn)品脫落報廢。車削加工常用的裝夾工具為三爪卡盤，作用力在3 點使得薄壁零件夾緊力不均，從而使夾緊力大的位置產(chǎn)生過切現(xiàn)象，加工后的成品壁厚不均。因此薄壁零件裝夾應(yīng)使零件的裝夾面每一點的作用力保持均衡。根據(jù)公式P=F/S，可以指導(dǎo)，在壓力一定的情況下，接觸面積越大，壓強越小。此球殼零件無法通過支架裝夾加工成型，結(jié)合多年機械加工經(jīng)驗綜合考慮裝夾問題得出解決方案：預(yù)留工藝臺階，三爪卡盤裝夾工藝臺階加工內(nèi)外形，增加工藝臺階的裝夾接觸面。

2 選擇刀具的幾何角度

刀具幾何角對車削過程中的切削力大小及熱變形、排屑等都有很大影響。前角大小影響切屑的形狀及刀具的鋒利程度。前角越大，刀具越鋒利，切削力越小。車鋁的前角一般取20°左右。后角影響刀具后刀面與工件的摩擦情況。后角大，摩擦力就小，切削力就小，一般選擇6°至8°。刀具主偏角決定刀具在軸向與徑向的分力大小。主偏角越大，徑向力越小，軸向力大。加工薄壁件時應(yīng)選擇刀具主偏角為93°。為便于排屑，刀具應(yīng)有斷屑槽，斷屑槽圓弧半徑一般選5mm 左右。綜合刀具角度分析得出：刀具選擇為刀尖角為55°的外圓刀和55°的內(nèi)孔車刀。

3 切削用量的選擇

車削球殼件過程中的變形是多方面的，裝夾的夾緊力，切削產(chǎn)生切的切削力，工件在切削時產(chǎn)生的彈性變形和塑形變形，溫度產(chǎn)生的熱變形。減小切削力需要合理選擇切削三要素。粗車時選擇大切削深度和大進給，在保證刀具壽命的前提下，合理選擇切削速度；精車選擇切削厚度一般為0.2-0.4mm，進給量根據(jù)工件表面質(zhì)量要求選擇一般為0.05-0.08mm/rad。

4 切削液的選擇

在切削過程中產(chǎn)生切削熱，70%的切削熱由切屑帶走，其余30%由工件及刀具承受。切削產(chǎn)生的熱量是刀具的硬度降低，使工件產(chǎn)生熱變形。充分加注切削液不但可以降低刀具和工具承受的熱量，而且可以起到潤滑和清洗的作用，減少刀具的磨損，提高工件加工的表面粗糙度。加工鋁件要選擇潤滑好及黏度小的油性液。經(jīng)過反復(fù)實踐，選用機油和柴油混合液不易粘刀而且表面粗糙度可達到0.6um。

5 工藝制定

該零件為半球，具有薄壁（1mm），裝夾難度大，尺寸精度不好控制等特點，傳統(tǒng)方法是通過先進行外球面加工，設(shè)計專用夾具，再加工內(nèi)球面，該方法中夾具結(jié)構(gòu)復(fù)雜，拆卸麻煩，成品率低的缺陷；夾具螺紋接觸面是直接保證的尺寸，由于接觸，無法直接測量，使內(nèi)腔深度尺寸精度及薄壁厚度失控；由于工件和工裝之間配合力較小，內(nèi)腔切屑易積屑，加工容易出現(xiàn)打滑；由于配合力較小，粗加工時不能選擇較大進給和切削深度，加工效率較低。對比傳統(tǒng)加工，優(yōu)化工藝得出最新加工工藝（圖2）。

圖2 改進后加工步驟

具體工藝安排如下：a. 備料：長度大于供給實際長度10mm，直接大于實際直接10mm；b. 粗車內(nèi)輪廓：裝夾外圓面，粗車內(nèi)輪廓、平另一側(cè)端面、另一次外圓見光，需注意孔口預(yù)留3.5mm 工藝段；c. 粗車外輪廓：倒頭裝夾，粗車另外輪廓，預(yù)留工藝卡頭1、工藝卡頭2，需注意刀具進給方向、外輪廓需多車削3.5mm 工藝段；d. 熱處理：半成品熱處理，消除內(nèi)應(yīng)力改善切削性能；e. 精車內(nèi)輪廓：裝夾工藝卡頭2，精車內(nèi)輪廓及端面，精車工藝卡頭1 外圓；f. 精車外形面：裝夾工藝卡頭1，去除工藝卡頭2，精加工外輪廓；g. 切斷成型：運用特制2.5mm 寬切斷刀切斷，去毛刺成型，需注意特制2.5mm 切斷刀為切斷刀一側(cè)刃磨后比較尖銳，刃磨后圓角約0.2mm。改進后的加工工藝具備：a.節(jié)約30%材料成本；b.節(jié)省50%加工時間;c.成品率較高。

結(jié)束語

隨著數(shù)控技術(shù)的廣泛運用，機械加工能夠達到的精度越來越高。新工藝路線運用不但能夠為企業(yè)節(jié)約加工成本提高加工效率，而且可以為企業(yè)在行業(yè)競爭中脫穎而出為企業(yè)增加競爭力。以上是我在加工鋁制球殼件過程中的一種新方法，較好的解決了車削過程中出現(xiàn)產(chǎn)生的一些問題，為同類產(chǎn)品加工提供借鑒。