李金喜，郭勇良，張鵬飛

山西航天清華裝備有限責(zé)任公司 山西長治 046012

1 序言

在機(jī)械加工中，有時(shí)會遇到對薄壁細(xì)長缸筒類零件的壁厚差值有一定的精度要求，此時(shí)，如何裝夾、定位以及選擇合適的切削用量和穩(wěn)定的生產(chǎn)工藝顯得非常重要，尤其是當(dāng)壁厚差值要求較高（0.1～0.2mm）時(shí)，由于會產(chǎn)生切削微變形[1]，所以加工難度較大。

某薄壁細(xì)長缸筒類零件加工成形后，要求進(jìn)行60MPa壓力測試，打壓試驗(yàn)時(shí)長3min后，外圓變形量＜0.04mm（打壓試驗(yàn)全程采用千分表進(jìn)行多處動態(tài)檢測）。零件材質(zhì)為中碳調(diào)質(zhì)鋼，熱處理后無損檢測硬度為220HBW，其長度為1400mm，直徑最大為60mm。產(chǎn)品壁厚值3mm要求：在任意5個(gè)截面、4個(gè)方向、20個(gè)測量點(diǎn)上，最大壁厚差值0～0.2mm，最小壁厚差值0～0.1mm。其外圓輪廓分布有其他螺紋及凹槽結(jié)構(gòu)，外表面圓度要求0.025mm，內(nèi)孔要求表面粗糙度值Ra=0.4μm，外圓輪廓各部與內(nèi)孔基準(zhǔn)直線度＜0.1mm。

2 定位基準(zhǔn)的確定

在細(xì)長缸筒類零件加工過程中，彎曲變形會直接導(dǎo)致壁厚差值增大，不符合產(chǎn)品要求。須通過反復(fù)試驗(yàn)和誤差值對比分析，掌握其變化規(guī)律，采取相應(yīng)的措施以減小加工誤差，提高加工精度。

首先對薄壁細(xì)長缸筒零件進(jìn)行外圓和內(nèi)孔的粗加工和半精加工，然后將內(nèi)孔作為壁厚差值控制的第一基準(zhǔn)（內(nèi)孔留精加工余量0.05mm），再對外圓進(jìn)行精加工并控制產(chǎn)品壁厚差值。在精加工過程中，為防止由于離心力的作用使產(chǎn)品出現(xiàn)彎曲變形、共振的現(xiàn)象[2]，經(jīng)過多次探討試加工，摒棄傳統(tǒng)的一夾一頂裝夾加工方式，創(chuàng)新性地采用分段式兩端加工（見圖1）方法，分化產(chǎn)品彎曲變形量（見圖2），控制零件外圓加工后的實(shí)際幾何參數(shù)（尺寸、形狀和位置）與理想幾何參數(shù)的符合程度。兩端加工都采用一夾一頂裝夾，考慮到細(xì)長薄壁缸筒類零件剛性差、強(qiáng)度弱，在外圓精加工中極易出現(xiàn)彎曲變形和共振現(xiàn)象，故自制專用工裝（活動式橡膠襯套），精加工前塞入工件內(nèi)孔，增加產(chǎn)品整體加工剛性。利用雙晶直探頭壁厚探測儀檢測各個(gè)斷面的數(shù)值，通過實(shí)際測量值結(jié)合百分表找正的方式，合理調(diào)試單動卡盤中心，確保待加工外圓與內(nèi)孔的同軸度符合要求。對于彎曲變形量大于壁厚差值的產(chǎn)品，需配合壓力校形裝置進(jìn)行校直基準(zhǔn)，以保證各個(gè)斷面四個(gè)方向壁厚差值在要求范圍內(nèi)。在外圓壁厚差值符合要求的前提下，完成兩端外圓的精加工，整體校直，并確定為最終的加工基準(zhǔn)，以此基準(zhǔn)完成內(nèi)孔、凹槽及螺紋等其余輪廓的精加工。

圖1 分段式兩端加工

圖2 分化產(chǎn)品彎曲變形量

3 刀具及切削用量的選用

薄壁細(xì)長缸筒類零件加工中，選擇適合的刀具幾何角度和背吃刀量，對于控制加工中產(chǎn)生的彎曲、共振和熱變形[3]都至關(guān)重要。通過大量實(shí)踐證明，優(yōu)先選用V形物理涂層刀具并反向加工，前角一般選用5°～15°，降低切削功率；刀尖圓弧半徑選用0.4mm，提高刀具鋒利程度，減小切削力；背吃刀量為0.5～1.2mm，避免發(fā)生共振現(xiàn)象；主軸轉(zhuǎn)速（主軸φ40～φ70mm時(shí)）建議選用300～400r/min。

不同產(chǎn)品切削用量的選擇沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)根據(jù)機(jī)床和刀具狀況，并結(jié)合實(shí)際加工經(jīng)驗(yàn)來確定具體數(shù)值。要兼顧主軸轉(zhuǎn)速、背吃刀量及進(jìn)給速度三要素[4]，滿足加工表面的尺寸精度和表面粗糙度要求，從而達(dá)到最優(yōu)切削效果。切削用量是細(xì)長類零件的重要加工參數(shù)，直接影響產(chǎn)品質(zhì)量、加工效率和生產(chǎn)成本。采用合理的切削用量，能夠充分利用刀具的切削性能和機(jī)床動力性能，在保證質(zhì)量的前提下，提高加工效率，降低生產(chǎn)成本。

4 結(jié)束語

本文以薄壁細(xì)長缸筒為例，針對壁厚差值控制中存在的裝夾和定位問題，制定控制壁厚差值的具體措施。通過選擇合理的切削用量和穩(wěn)定的工藝路線，采用適合的涂層刀具分段式兩端反向高速加工、配合制作專用工裝等方法，達(dá)到了增強(qiáng)工件剛性、分化彎曲變形及減少加工誤差的目的，提高了產(chǎn)品加工精度和加工效率。

20221102