王永軍，萬(wàn)聰

山西平陽(yáng)重工機(jī)械有限責(zé)任公司 山西臨汾 043000

1 序言

螺紋聯(lián)接在各行各業(yè)的應(yīng)用非常廣泛，螺紋本身的加工在機(jī)械制造中不算難，加工方法有很多而且都比較成熟。螺紋處于零件中的形狀、位置不同，其加工的難度就會(huì)有很大不同，比如薄壁類(lèi)零件上的螺紋，由于零件本身剛性差、強(qiáng)度弱，在螺紋加工過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的振動(dòng)[1]，導(dǎo)致螺紋加工后產(chǎn)生振刀紋，尺寸和表面粗糙度都達(dá)不到工藝要求。如何采取有效的措施去解決此類(lèi)加工問(wèn)題，本文通過(guò)具體加工實(shí)例，介紹了一種薄壁零件螺紋的加工過(guò)程，探索了不同的解決辦法，最終攻克了加工難題。

2 技術(shù)背景

2.1 問(wèn)題描述

公司承攬某產(chǎn)品薄壁型殼體零件（見(jiàn)圖1）的加工任務(wù)，零件材料為20Cr13，壁厚只有3mm。在對(duì)該殼體內(nèi)腔M172×3-7H螺紋車(chē)削時(shí)，由于零件本身剛性差、強(qiáng)度弱，所以加工過(guò)程中產(chǎn)生強(qiáng)烈振動(dòng)，導(dǎo)致螺紋加工后產(chǎn)生嚴(yán)重的振刀紋，無(wú)法保證產(chǎn)品質(zhì)量。

圖1 薄壁型殼體零件結(jié)構(gòu)

2.2 問(wèn)題分析

目前國(guó)內(nèi)外關(guān)于薄壁零件加工穩(wěn)定性的研究有很多，大致把切削加工過(guò)程中產(chǎn)生的振動(dòng)按其性質(zhì)分為三種來(lái)源：自由振動(dòng)、強(qiáng)迫振動(dòng)和自激振動(dòng)。第一種是由于在切削過(guò)程中，加工系統(tǒng)受到某一偶然的沖擊擾動(dòng)引起，但因加工系統(tǒng)本身的阻尼作用會(huì)很快消失；第二種是由于切削過(guò)程本身的斷續(xù)性、切屑形成的不連續(xù)性、外部的周期性或非周期性干擾力引起；第三種又稱(chēng)為顫振，為金屬切削加工過(guò)程所特有，是指在沒(méi)有周期性外力作用下，單純由加工系統(tǒng)本身特性所激起的一種劇烈振動(dòng)，屬于切削過(guò)程動(dòng)態(tài)不穩(wěn)定的性質(zhì)[2]。

我們遇到的問(wèn)題屬于第三種情況，此種情況產(chǎn)生的振動(dòng)來(lái)自于加工系統(tǒng)本身，防振消振十分困難，對(duì)切削加工也最為重要。刀具在切削工件時(shí)發(fā)生振動(dòng)需要有下面三個(gè)條件同時(shí)存在：一是工藝系統(tǒng)剛性不足，導(dǎo)致其固有頻率低；二是切削產(chǎn)生了足夠大的外激力；三是這個(gè)外激力的頻率與工藝系統(tǒng)的固有頻率相同，隨即產(chǎn)生共振。根據(jù)加工時(shí)的聲音和表面質(zhì)量來(lái)判斷，高頻振動(dòng)類(lèi)似哨聲，加工表面似起皺的絲綢，一般小直徑細(xì)長(zhǎng)刀桿或者薄壁工件進(jìn)行高轉(zhuǎn)速切削時(shí)容易產(chǎn)生；中頻振動(dòng)類(lèi)似汽車(chē)的嗚嗚聲，加工表面類(lèi)似魚(yú)鱗，一般中等直徑刀桿中低轉(zhuǎn)速，刀桿長(zhǎng)徑比超過(guò)5，刀桿振動(dòng)產(chǎn)生；低頻振動(dòng)類(lèi)似蛙鳴，加工表面類(lèi)似魚(yú)鱗，但是之間的波紋很大又平緩，大型結(jié)構(gòu)工件產(chǎn)生自振，如大的殼體，若是刀桿同時(shí)振動(dòng)，可能是刀頭過(guò)重而且刀桿連接部位配合不好，同時(shí)刀桿總長(zhǎng)超長(zhǎng)，轉(zhuǎn)速通常在100r/min以下?；谏鲜隼碚?，我們采取調(diào)整切削參數(shù)、提高工藝系統(tǒng)剛性等對(duì)應(yīng)的措施進(jìn)行實(shí)際驗(yàn)證，尋求最為合適的解決辦法。

3 解決方法探索

3.1 初步解決方案

根據(jù)對(duì)零件結(jié)構(gòu)的分析，基于問(wèn)題分析中的理論依據(jù)，研究制定對(duì)策，對(duì)該產(chǎn)品采用了以下方法進(jìn)行試加工[3]。

1）調(diào)整切削參數(shù)。通過(guò)降低車(chē)削螺紋時(shí)的切削速度，減少或增加螺紋進(jìn)刀數(shù)量等方法，減振不明顯。降低切削速度雖有所好轉(zhuǎn)，但加工效率極低，螺紋表面粗糙度仍達(dá)不到圖樣設(shè)計(jì)要求。

2）采用在零件內(nèi)壁粘貼橡膠材料的方法試圖加強(qiáng)零件的剛性、吸收振動(dòng)波，經(jīng)過(guò)實(shí)際驗(yàn)證，振動(dòng)依舊，效果不明顯。

3）采用在螺紋加工處的外圓架設(shè)中心架支撐，但由于產(chǎn)品壁厚較薄，還是會(huì)產(chǎn)生較大振動(dòng)。若中心架靠工件端面太近，中心架自身較寬，導(dǎo)致刀桿伸出太長(zhǎng)，刀桿剛性降低，也會(huì)導(dǎo)致較大振動(dòng)。

3.2 改進(jìn)解決方案

通過(guò)以上方法進(jìn)行試加工后，發(fā)現(xiàn)前期減振方法作用點(diǎn)都不在螺紋加工處，或者離螺紋加工處太遠(yuǎn)，都不能起到很好的減振效果，因此對(duì)減振方法進(jìn)行改進(jìn)。

該減振方法是在螺紋加工處外圓加強(qiáng)零件的剛性[4]，設(shè)計(jì)工裝（見(jiàn)圖2）。該工裝由本體和螺釘組成，采用鋼材料，先加工成圓環(huán)，再加工10mm寬的缺口，便于安裝和夾緊，在開(kāi)口環(huán)處一側(cè)加工兩處M16的螺紋孔，另一側(cè)加工兩處φ28mm的臺(tái)階孔，并用兩個(gè)M16的內(nèi)六角圓柱頭螺釘緊固。

圖2 工裝

在車(chē)削螺紋時(shí)首先架設(shè)中心架支撐零件外圓，然后將該工裝安裝于螺紋加工處外圓，并用螺釘固定（見(jiàn)圖3），進(jìn)行螺紋加工[5]。該方法能有效加強(qiáng)螺紋加工處的強(qiáng)度和剛性，起到了很好的減振效果。螺紋加工完后取下工裝，再進(jìn)行其余尺寸的加工。

圖3 中心架支撐零件外圓

用該方法加工完產(chǎn)品后進(jìn)行檢驗(yàn)，完全符合圖樣要求，并對(duì)其余100多件產(chǎn)品加工，全部滿足圖樣要求，使用該減振方法前后效果對(duì)比如圖4所示。該方法不僅有效保證了產(chǎn)品的加工質(zhì)量，也大大地提高了產(chǎn)品的生產(chǎn)效率。

圖4 加工效果對(duì)比

4 結(jié)束語(yǔ)

本文在薄壁零件螺紋加工中對(duì)多種減振方法進(jìn)行了探索，最后通過(guò)設(shè)計(jì)工裝加強(qiáng)螺紋加工處的剛性，完美解決了加工難題。該方法不僅保證了產(chǎn)品的加工質(zhì)量，也大大提高了產(chǎn)品的生產(chǎn)效率，為后期大批量生產(chǎn)創(chuàng)造了條件，同時(shí)也為類(lèi)似零件的加工提供了借鑒。