大型薄壁筒形件的加工

歐陽玉芹

摘 要：通過分析大型薄壁筒形件的結構特點及加工難點，從基準選擇、變形控制、刀具選擇、工裝配備等方面進行綜合考慮，制定了切實可行的工藝方案，采用普通設備，加工出了高質量的工件，保證了零件加工精度要求。

關鍵詞：薄壁；變形；精度

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.22.029

1 概述

薄壁筒形件已廣泛應用于工程機械行業(yè)中，它具有重量輕、結構緊湊、節(jié)約材料等特點。但薄壁筒形件因壁比較薄，剛性差、強度弱，在夾緊力及切削力的作用下容易產生變形和振動，零件尺寸精度難以控制，表面粗糙度不易保證，加工工藝性較差，薄壁筒形件加工中控制變形成為關鍵技術。大型薄壁筒形件應用并不是很廣泛，但它是產品中的核心零部件，其結構更復雜，加工精度要求更高，怎樣保證尺寸、精度要求尤為重要，下文就某種大型薄壁筒形件的加工進行詳細分析。

該大型薄壁筒形件是某產品回轉支承中的關鍵零部件，它的主要作用是支撐機械旋轉體，降低其運動過程中的摩擦系數，并保證其回轉精度[1]。該零件外形尺寸大、質量重、中間一段為薄壁，其精度要求高，加工難度大。車間只有普通車床和普通鉆床，要完成該大型薄壁筒形件的加工，相當困難。因此必須綜合分析零件結構及精度要求，制定可行的工藝方案，才能加工出符合圖樣要求的零件。

2 零件的結構分析

2.1 零件的結構

如圖所示：

2.2 零件的結構特點

（1）結構形式由多個零件焊接而成，兩端法蘭由薄壁管狀的筒形件連接，薄壁筒形件剛性較差；（2）零件外形尺寸長、外徑大、質量重，零件凈重為530Kg，且質量分布不均勻，兩端重，中部輕；（3）兩端法蘭處軸承安裝孔位置相距較遠，兩孔相距808mm，且同軸度要求高，同軸度為Φ0.04；（4）兩端法蘭上分布有多組孔系，總共79個孔。

2.3 零件的精度要求

2.3.1 尺寸精度要求高

（1）大法蘭端內徑尺寸為Φ、外徑尺寸為Φ655，表面粗糙度為；

（2）小法蘭端內、外徑尺寸分別為Φ405、Φ533，表面粗糙度分別為、；

（3）兩端法蘭內端面距離為703±0.2；

（4）兩端法蘭外端面距離為634±0.05；

（5）大法蘭端外止口尺寸為Φ625。

2.3.2 位置精度要求高

（1）大法蘭端兩處外止口對軸承安裝內止口同軸度均為0.05；

（2）小法蘭端軸承安裝內止口對大端法蘭內止口同軸度為0.04；

（3）大法蘭內端面對大法蘭外端面平行度為0.25；

（4）小法蘭內端面對大法蘭外端面平行度為0.12；

（5）每組孔中心對零件中心位置度為0.2。

2.3.3 形狀精度要求高

（1）大法蘭端內、外止口圓柱度均為0.029；

（2）小法蘭端內止口圓柱度為0.018。

3 零件的加工工藝性分析

通過分析零件結構特點和加工精度要求，零件加工主要存在以下難點：

（1）質量重且分布不均衡、外形大、剛性差、中部及軸承安裝孔處壁較薄，裝夾難度大，在裝夾和車削過程中很容易產生變形，零件的形位誤差增大，其加工質量難以保證；（2）有同軸度要求的兩端法蘭孔距長，車削內孔時的刀桿細而長，剛性差、強度低，容易產生振動和讓刀現(xiàn)象，而且也容易產生錐度誤差[2]。零件的粗糙度和精度受到影響，工件尺寸公差及形位公差不易保證。由于測量器具活動空間受限制，操作調整很不方便，深孔測量非常困難；（3）在切削力作用下，容易產生振動和變形，零件的尺寸、形狀、位置精度和表面粗糙度難以保證，普通車床加工困難；（4）孔系多，其相對位置及形位公差要求高，普通鉆床不易保證。

4 零件的工藝方案制定

針對該零件特點及工藝加工難點，結合現(xiàn)有生產、設備的加工能力，目前只有CQ61100普通車床和普通鉆床，經過系統(tǒng)全面分析，制定了詳細的工藝方案：

（1）根據零件結構特點，為提高加工精度和切削效率，車加工時選擇以外圓為基準；（2）零件焊接后易產生焊接內應力，為保證零件的加工精度和尺寸穩(wěn)定性，減少其在裝夾和加工過程中的變形，需消除焊接殘余應力，焊接后先對零件進行回爐去應力，再進行機械加工；（3）車加工是零件加工難度最大、最復雜的工序，針對該零件外形大、質量重、剛性差、精度高的特點，在裝夾和車削加工時容易產生變形，采用先粗車后精車加工工藝順序。裝夾時，采取四爪卡盤與壓板共同夾壓，四爪卡盤夾持力應適當，且四塊壓板的壓緊力應均勻、一致[2]。精車時為避免損傷已加工好的外表面，夾外圓時需墊厚銅皮。由于零件質量重且懸臂長，在切削力作用下防止工件產生振動和變形，采用中心架來支承零件懸臂端的法蘭外圓，這樣保證零件加工時的剛度；（4）為了保證零件大小端法蘭內兩處軸承孔的尺寸公差、形位公差及表面粗糙度的要求，在裝夾方式不變的條件下，采取大長鏜桿一次鏜出兩孔。同時考慮到小端法蘭內止口Φ405孔太深，不方便測量的因素，將大法蘭端的Φ425內孔作為對刀孔，先預鏜至Φ405，再以此孔對刀精鏜出小法蘭端的Φ405孔；（5）零件孔系很多，位置度要求均較高，如果按劃線的方法來加工，容易產生人為誤差，精度不能保證。需設計多副鉆模加工多組孔系，這樣不僅能提高生產效率還能有效的保證和滿足圖紙要求。

5 零件工藝裝備配備

通過對零件結構特點及加工工藝性分析，由于零件質量重、壁較薄且剛性差，用常規(guī)方法裝夾及車削加工，將會受到軸向切削力和熱變形影響[3]，圖樣要求無法保證。根據車間設備的實際情況，結合現(xiàn)有輔具，設計配備了多套適合該零件加工的工藝裝備：endprint

（1）普通車床只有一個能支撐Φ420外圓的固定式中心架，根據工藝方案要求，需制作一個能支撐Φ465、Φ655外圓的超大超重型中心架，特設計配備了一個適用于Φ440～Φ690外圓的滾動式中心架；（2）大小端法蘭上軸承孔位置相距較遠，為保證兩孔同軸度要求，特設計了長1400、直徑Φ110的加大加長型鏜刀桿；（3）為滿足各孔系位置精度要求，特設計了四副大型鉆模。

6 零件加工工藝過程

通過對零件結構特點、加工工藝性分析，按照工藝方案編制了加工工藝卡和車加工的關鍵工序過程卡，其加工工藝過程如下：

（1）熱處理：回火去應力。

（2）粗車：①夾左端外圓、校正，車右端面。尾端上頂板，粗車Φ465、Φ533、Φ910外圓。拆除頂板，搭中心架，粗車Φ305內孔及Φ400內止口。②調頭夾、壓，校正Φ533、Φ910外圓，跳動≤0.20，車端面。上頂板，粗車Φ655外圓。拆除頂板，搭中心架，粗車Φ內止口。上專用鏜桿，粗鏜Φ425、Φ405內孔。

（3）精車：①精車左端平面。上頂板，精車Φ655、Φ910外圓。拆除頂板，搭中心架，以Φ425內孔處為試刀、測量位置，鏜準Φ305、Φ405內孔，車準Φ425內孔及Φ605內止口。②調頭夾Φ655外圓（夾處內孔需裝專用墊板，外圓需墊厚銅皮），校Φ305內孔、Φ910外圓，跳動≤0.05，精車端面、Φ400內止口。上頂板，車準Φ625外止口及Φ533、Φ465外圓。

（4）劃線：劃全件十字中心線及外扁方、凹弧臺加工線。

（5）鏜：鏜準大端法蘭外圓上扁方及兩處凹弧臺。

（6）鉆孔：上鉆模，鉆模對線槽對準十字中心線分別鉆準各孔。

（7）油漆：非結合表面涂底漆和面漆。

7 結語

通過對大型薄壁筒形件加工特點、精度要求的詳細分析，結合生產實際情況，從工件結構特點、加工難點、工藝方案、裝夾方式、刀具選擇、工裝配備等方面進行了綜合考慮，采取了周密的工藝措施，制定了符合生產實際的工藝方案，解決了生產過程中出現(xiàn)的問題，避免了大型薄壁筒形件加工過程中容易產生的變形現(xiàn)象。經過試制、檢驗，加工出的零件全部符合圖樣要求，保證了產品質量，提高了加工效率，為后續(xù)大型薄壁筒形件加工提供了依據和借鑒。

參考文獻：

[1]王先逵.機械加工工藝手冊（第二版）[G].機械工業(yè)出版社，2014.

[2]陳日曜.金屬切削原理[M].2版.機械工業(yè)出版社，2005.

[3]程景苑.現(xiàn)代實用機械制造新工藝、新技術與新標準[M].當代中國出版社，2004.endprint