基于某殼體零件的薄壁環(huán)形件工藝方法研究

徐德凱

摘 要：本文針對(duì)某型號(hào)殼體零件在加工中出現(xiàn)的變形量大、同軸度難以保證等問(wèn)題，對(duì)該零件結(jié)構(gòu)特征、技術(shù)要求等進(jìn)行研究。對(duì)已有工藝方法進(jìn)行改進(jìn)，合理調(diào)整加工過(guò)程中的裝夾方式及切削參數(shù)，并在零件精加工前增加人工時(shí)效減小內(nèi)應(yīng)力以控制零件變形。經(jīng)實(shí)際加工，驗(yàn)證了改進(jìn)后工藝方法的有效性。

關(guān)鍵詞：薄壁環(huán)形件;機(jī)械加工;工藝方法

薄壁環(huán)形零件其自身剛性不足，在裝夾和加工過(guò)程中由于受力不均勻，易產(chǎn)生變形，導(dǎo)致最終尺寸超差、影響使用甚至產(chǎn)生報(bào)廢。[1]本文針對(duì)某殼體在加工中存在的此類(lèi)問(wèn)題，對(duì)薄壁環(huán)形零件的工藝方法進(jìn)行研究，以提高此該零件的合格率。

1 工藝方法設(shè)計(jì)及存在問(wèn)題分析

1.1 零件特點(diǎn)分析及工藝方法制定

1.1.1 零件特點(diǎn)分析

如下圖所示為某殼體二維圖。該零件長(zhǎng)185±0.1mm，外徑最大處Φ1700-0.3mm、最小處Φ1440-0.2mm，零件最薄處單邊厚度為30-0.2mm，外徑與壁厚之比約為62，遠(yuǎn)大于25，故該零件為典型的薄壁環(huán)形零件。

某殼體二維圖

該零件毛坯外徑Φ175mm單邊厚度50mm。毛坯料外徑最小和多單邊去除余量分別為2.5mm和15.5mm，去除量較小。而內(nèi)徑最小單邊去除余量29.3mm，最多單邊去除余量44.5mm。即內(nèi)徑去除余量程度約為外徑的2倍以上，內(nèi)外余量分配不均勻必將導(dǎo)致加工時(shí)內(nèi)外應(yīng)力分布的不均勻，應(yīng)力分布不均將使零件加工完成后存在變形的可能。同時(shí)，去除余量程度較大，遠(yuǎn)大于零件壁厚，故該零件存在變形的可能性進(jìn)一步增加。

為避免零件在加工過(guò)程中產(chǎn)生變形較大，需在加工過(guò)程中盡量減小切削力，同時(shí)減小進(jìn)給量、多次進(jìn)給，減小加工過(guò)程中產(chǎn)生的應(yīng)力不均。

1.1.2 工藝路線(xiàn)制定

本文初步制定以下加工工藝方法，如表1所示：

表1 原工藝路線(xiàn)

車(chē)床卡盤(pán)具有自定心能力，為保障各段同軸度，裝夾方式首先考慮到使用卡盤(pán)裝夾。5工序?yàn)楹笮蜓b夾首先加工出一個(gè)精度較高的基準(zhǔn)，由于該零件長(zhǎng)度較長(zhǎng)，故懸出量較長(zhǎng)，為保證零件裝夾后的剛度，故5工序加工出的基準(zhǔn)臺(tái)階長(zhǎng)度較長(zhǎng)，約為30mm。10工序加工時(shí)以5工序加工好的臺(tái)階為基準(zhǔn)，粗車(chē)零件內(nèi)外圓輪廓。掉頭后15工序以10工序加工好的外圓為基準(zhǔn)，粗車(chē)外圓。

20工序以15工序中加工過(guò)的臺(tái)階為基準(zhǔn)，按設(shè)計(jì)尺寸要求精車(chē)內(nèi)外圓。掉頭后25工序以20精車(chē)后的外圓為基準(zhǔn)，按設(shè)計(jì)尺寸要求精車(chē)外元輪廓。25工序裝夾后數(shù)銑加工沉頭孔及螺紋孔。

1.2 加工中存在的問(wèn)題及分析

1.2.1 存在問(wèn)題

零件加工完成后發(fā)現(xiàn)零件存在變形，同時(shí)該零件要求所有直徑同軸度Φ0.1，檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)同軸度部分超差，尤其是Φ133.6+0.20mm、Φ144.40-0.2mm、Φ150.40-0.2mm等直徑較小處變形較大，精度難以保障。

1.2.2 原因分析

分析零件產(chǎn)生變形的部位后發(fā)現(xiàn)，零件變形可能由于零件厚度太薄，使用卡盤(pán)裝夾時(shí)雖然能保證零件中心軸與機(jī)床回轉(zhuǎn)軸一致，但該裝夾方式屬于點(diǎn)接觸，受力面積較小，受力部位壓強(qiáng)較大，不均勻受力使該零件易產(chǎn)生變形。加工結(jié)束后，卸下零件、夾緊力消失，零件變形恢復(fù)，導(dǎo)致加工后零件變形量較大。

同時(shí)，零件在夾持時(shí)懸出量較長(zhǎng)，夾持部分需預(yù)留較長(zhǎng)尺寸，25工序數(shù)車(chē)加工零件小半徑部分時(shí)，需將余量全部去除，導(dǎo)致該工序去除余量程度最大，去除厚度至少為16mm，產(chǎn)生的加工應(yīng)力較大，故該過(guò)程零件易產(chǎn)生變形。

2 工藝方法改進(jìn)及效果

2.1 改進(jìn)后工藝方法

從1.2.2節(jié)中可知，零件變形量大的主要原因是裝夾方式不合理和余量分布不均勻，基于以上兩點(diǎn)，本文對(duì)該零件工藝方法進(jìn)行改進(jìn)，改進(jìn)后工藝路線(xiàn)如下表2所示：

表2 改進(jìn)后工藝路線(xiàn)

改進(jìn)后的工藝路線(xiàn)從15工序開(kāi)始改變，15工序?qū)?0工序夾緊臺(tái)階車(chē)去12mm厚度，使25工序中余量直接減少12mm。臺(tái)階減小后該零件在后序加工過(guò)程中無(wú)法使用卡盤(pán)裝夾，故采用壓板壓緊代替卡盤(pán)夾緊。

壓板壓緊時(shí)，為保證后序加工中零件中心軸與機(jī)床回轉(zhuǎn)軸重合，與機(jī)床貼合大面要與零件中心軸垂直，且對(duì)大面的平面度要求較高，為防止變形，在15工序后增加17工序人工時(shí)效，使零件內(nèi)部應(yīng)力盡量釋放。

人工時(shí)效后對(duì)定位面進(jìn)行研磨，保證定位面精度。20工序數(shù)車(chē)加工時(shí)，首先用卡盤(pán)裝夾工裝，調(diào)整工裝回轉(zhuǎn)中心，然后使用壓板將零件固定在工裝上、加工零件內(nèi)圓輪廓。工裝中心為一個(gè)與零件研磨面相配合的圓形凹槽，以研磨面和研磨面外圓面進(jìn)行定位，間接保證零件中心軸與車(chē)床回轉(zhuǎn)軸的同軸度。

25工序使用卡盤(pán)夾零件大端外圓，精加工零件小端外圓。由于15工序已去除大部分余量，25工序去除余量為5.1mm，僅為改進(jìn)前的三分之一。

2.2 改進(jìn)后效果驗(yàn)證

本文使用改進(jìn)后的方法對(duì)該零件進(jìn)行加工。結(jié)果顯示本文改進(jìn)后的工藝方法能有效減少零件的變形量，保證零件的加工精度。但改進(jìn)后的工藝路線(xiàn)由于增加熱處理和鉗工工序，加工時(shí)間增加較多，效率有所減小。

3 結(jié)論

針對(duì)某殼體零件在加工中出現(xiàn)零件易變形，各段同軸度精度難以保證的問(wèn)題，本文對(duì)工藝方法進(jìn)行研究，在此基礎(chǔ)上對(duì)原有零件加工時(shí)的裝夾方式和工藝路線(xiàn)進(jìn)行改進(jìn)，有效解決了零件變形變形量大和各段同軸度較低的問(wèn)題，提高了產(chǎn)品合格率。

參考文獻(xiàn)：

[1]季明浩，孫達(dá)章.環(huán)形薄型零件加工工藝[J].上海海事大學(xué)學(xué)報(bào)，2008，29（1）：49-53.