薄壁連接軸的工藝研究

鄭琪然+田明源

摘 要：薄壁連接軸在結(jié)構(gòu)上突出特點(diǎn)為薄壁、剛性差，加工過程中易變形。該件材料為難加工材料，可切削性差，在加工過程中極易積累較大機(jī)加應(yīng)力，增大工件的變形量。同時(shí)各尺寸公差和技術(shù)條件要求嚴(yán)格，加工難以保證。由于該件要求噴丸，并且在噴丸后工件的變形量無法預(yù)測(cè)，所以需要制定合理的加工路線及加工方法，設(shè)計(jì)專用減少變形的車床夾具，選擇恰當(dāng)?shù)牡毒吆图庸?shù)，用以減少工件的變形，保證工件的加工質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：連接軸；薄壁；加工；變形

中圖分類號(hào)：TH13 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

薄壁連接軸是曲面結(jié)構(gòu)，壁薄，各尺寸精度要求高，技術(shù)條件嚴(yán)，而且該件材料為難加工材料，可切削性差，這些都為工件加工帶來困難。需要制定合理的工藝路線，設(shè)計(jì)專用車床夾具以減少工件變形，并優(yōu)化切削參數(shù)，最終加工出了合格的工件。

1 制定工藝前準(zhǔn)備

1.1工件圖分析

連接軸材料為難加工材料，曲面壁薄，最小壁厚只有3mm，最大直徑大、技術(shù)條件多、精度要求高，很多技術(shù)條件都在0.03～0.05之間。此外工件還進(jìn)行噴丸處理，噴丸對(duì)工件的尺寸、技術(shù)條件的影響無法預(yù)期，所以加工難度高，尺寸和技術(shù)條件難以保證。工件三維示意圖如圖1。

2 主要表面的加工方法

2.1內(nèi)外型面的加工

內(nèi)外型面為曲面，壁薄，最小壁厚僅為3mm，尺寸多，最大直徑大、技術(shù)條件多、精度要求高。工件壁薄曲面精度比較高，多項(xiàng)技術(shù)條件要求比較嚴(yán)，薄壁易變形，加工很難保證。加工時(shí)必須考慮控制變形。經(jīng)研究決定，從工藝路線上安排兩次消除應(yīng)力熱處理，減少機(jī)加應(yīng)力對(duì)工件變形的影響；研究裝夾方案，盡可能減少半精車和精車內(nèi)外型面時(shí)裝夾引起的變形。同時(shí)選擇合適的切削刀具、優(yōu)化切削參數(shù)，控制工件變形。

2.1.1 工藝路線對(duì)工件變形的控制

因?yàn)楣ぜ儆诒”诩?，在開始制定工藝路線時(shí)就必須考慮控制變形。為了最大限度減小機(jī)加應(yīng)力對(duì)工件變形的影響，工藝路線安排了兩次消除應(yīng)力熱處理；在完成腹板的精車加工后，工件需要對(duì)腹板進(jìn)行噴丸處理。由于在噴丸后工件的變形程度無法預(yù)知，所以工件在噴丸前所有的面均留有余量并在噴丸后進(jìn)行修復(fù)，這樣不僅保證了相關(guān)尺寸，同時(shí)也保證了各個(gè)面相對(duì)于基準(zhǔn)的技術(shù)條件。

2.1.2消除應(yīng)力熱處理對(duì)工件變形的控制

為了最大限度減小機(jī)加應(yīng)力對(duì)工件變形的影響，工藝路線在粗車后和半精車后分別安排了消除應(yīng)力熱處理，經(jīng)過粗車后，工件每邊剩余2～3余量，工件去除材料多，累積機(jī)加應(yīng)力大，此時(shí)進(jìn)行第一次消除應(yīng)力熱處理，消除粗加工工序累積的應(yīng)力。

當(dāng)半精車后，各邊余量控制在約1，再進(jìn)行一次消除應(yīng)力熱處理，釋放工件中所累積的機(jī)加應(yīng)力，減少精車時(shí)機(jī)加應(yīng)力對(duì)工件變形的影響。

2.1.3對(duì)精車前修復(fù)基準(zhǔn)時(shí)振刀和變形的控制

為保證精車時(shí)腹板和基準(zhǔn)能夠?qū)崿F(xiàn)一次加工，在精車前需要修復(fù)大端兩端面和外圓。車加工大端，由于大端懸空且工件壁薄、剛性差，易造成振刀和讓刀，從而使工件精車基準(zhǔn)不平同時(shí)粗糙度不能達(dá)到要求。經(jīng)過研究決定在大端加以輔助支撐，加強(qiáng)大端的剛性并避免振刀和讓刀。

在加工過程中沒有輔助支撐的情況下端面跳動(dòng)為0.03并且有輕微的振刀，在裝有附注支撐的情況下端面跳動(dòng)為0.005mm，表面粗糙度達(dá)到要求。

2.1.4 噴丸后工件的修復(fù)

由于無法預(yù)知工件在噴丸后的變形情況，所以需要在噴丸前后測(cè)量工件各個(gè)表面相對(duì)于基準(zhǔn)的跳動(dòng)，經(jīng)測(cè)量腹板在噴丸前相對(duì)于基準(zhǔn)的跳動(dòng)為0.02，噴丸修復(fù)后則為0.04，可以滿足設(shè)計(jì)要求。

為保證各個(gè)尺寸和形位公差滿足設(shè)計(jì)要求，噴丸后對(duì)各個(gè)配合表面進(jìn)行修復(fù)。內(nèi)型面各配合面與基準(zhǔn)一次加工形成，修復(fù)外型面配合面時(shí)找正基準(zhǔn)后加工，尺寸和形位公差可以保證。

2.1.5加工參數(shù)的選擇

轉(zhuǎn)速高，進(jìn)給量大，雖然可以提高切削效率，但是在單位時(shí)間內(nèi)切除的材料多，工件熱傳導(dǎo)不充分，累積的機(jī)加應(yīng)力也大，很容易導(dǎo)致薄壁件變形。切削深度受刀具半徑制約，并且切削深度將直接影響工件受到的切削力，因?yàn)檫x用的刀具半徑R1.5，且為了減少切削力對(duì)薄壁件的影響，切削深度也不宜過大。經(jīng)過多次試驗(yàn)，在滿足加工精度的前提下，轉(zhuǎn)速為70r/min，進(jìn)給量為0.1mm/r，切削深度不超過0.25mm。

3 結(jié)論

經(jīng)過進(jìn)行連接軸工藝的分析研究，制定合理的工藝路線、加工方法，加工出的工件符合設(shè)計(jì)要求，結(jié)果表明工藝路線、加工方法可行，為其他類似結(jié)構(gòu)薄壁工件的機(jī)械加工制造提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

參考文獻(xiàn)

[1]柯明揚(yáng).機(jī)械制造工藝學(xué)[M].北京：航空航天大學(xué)出版社，1996 1-185.

[2]湯湘中.機(jī)床夾具設(shè)計(jì)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1988 1-158 .

[3]張幼楨.金屬切削原理及刀具[M].北京：國(guó)防工業(yè)出版社，1990 1-162.

[4]陳日曜.金屬切削原理（第2版 ）[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000.6 1-185.endprint

摘 要：薄壁連接軸在結(jié)構(gòu)上突出特點(diǎn)為薄壁、剛性差，加工過程中易變形。該件材料為難加工材料，可切削性差，在加工過程中極易積累較大機(jī)加應(yīng)力，增大工件的變形量。同時(shí)各尺寸公差和技術(shù)條件要求嚴(yán)格，加工難以保證。由于該件要求噴丸，并且在噴丸后工件的變形量無法預(yù)測(cè)，所以需要制定合理的加工路線及加工方法，設(shè)計(jì)專用減少變形的車床夾具，選擇恰當(dāng)?shù)牡毒吆图庸?shù)，用以減少工件的變形，保證工件的加工質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：連接軸；薄壁；加工；變形

中圖分類號(hào)：TH13 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

薄壁連接軸是曲面結(jié)構(gòu)，壁薄，各尺寸精度要求高，技術(shù)條件嚴(yán)，而且該件材料為難加工材料，可切削性差，這些都為工件加工帶來困難。需要制定合理的工藝路線，設(shè)計(jì)專用車床夾具以減少工件變形，并優(yōu)化切削參數(shù)，最終加工出了合格的工件。

1 制定工藝前準(zhǔn)備

1.1工件圖分析

連接軸材料為難加工材料，曲面壁薄，最小壁厚只有3mm，最大直徑大、技術(shù)條件多、精度要求高，很多技術(shù)條件都在0.03～0.05之間。此外工件還進(jìn)行噴丸處理，噴丸對(duì)工件的尺寸、技術(shù)條件的影響無法預(yù)期，所以加工難度高，尺寸和技術(shù)條件難以保證。工件三維示意圖如圖1。

2 主要表面的加工方法

2.1內(nèi)外型面的加工

內(nèi)外型面為曲面，壁薄，最小壁厚僅為3mm，尺寸多，最大直徑大、技術(shù)條件多、精度要求高。工件壁薄曲面精度比較高，多項(xiàng)技術(shù)條件要求比較嚴(yán)，薄壁易變形，加工很難保證。加工時(shí)必須考慮控制變形。經(jīng)研究決定，從工藝路線上安排兩次消除應(yīng)力熱處理，減少機(jī)加應(yīng)力對(duì)工件變形的影響；研究裝夾方案，盡可能減少半精車和精車內(nèi)外型面時(shí)裝夾引起的變形。同時(shí)選擇合適的切削刀具、優(yōu)化切削參數(shù)，控制工件變形。

2.1.1 工藝路線對(duì)工件變形的控制

因?yàn)楣ぜ儆诒”诩?，在開始制定工藝路線時(shí)就必須考慮控制變形。為了最大限度減小機(jī)加應(yīng)力對(duì)工件變形的影響，工藝路線安排了兩次消除應(yīng)力熱處理；在完成腹板的精車加工后，工件需要對(duì)腹板進(jìn)行噴丸處理。由于在噴丸后工件的變形程度無法預(yù)知，所以工件在噴丸前所有的面均留有余量并在噴丸后進(jìn)行修復(fù)，這樣不僅保證了相關(guān)尺寸，同時(shí)也保證了各個(gè)面相對(duì)于基準(zhǔn)的技術(shù)條件。

2.1.2消除應(yīng)力熱處理對(duì)工件變形的控制

為了最大限度減小機(jī)加應(yīng)力對(duì)工件變形的影響，工藝路線在粗車后和半精車后分別安排了消除應(yīng)力熱處理，經(jīng)過粗車后，工件每邊剩余2～3余量，工件去除材料多，累積機(jī)加應(yīng)力大，此時(shí)進(jìn)行第一次消除應(yīng)力熱處理，消除粗加工工序累積的應(yīng)力。

當(dāng)半精車后，各邊余量控制在約1，再進(jìn)行一次消除應(yīng)力熱處理，釋放工件中所累積的機(jī)加應(yīng)力，減少精車時(shí)機(jī)加應(yīng)力對(duì)工件變形的影響。

2.1.3對(duì)精車前修復(fù)基準(zhǔn)時(shí)振刀和變形的控制

為保證精車時(shí)腹板和基準(zhǔn)能夠?qū)崿F(xiàn)一次加工，在精車前需要修復(fù)大端兩端面和外圓。車加工大端，由于大端懸空且工件壁薄、剛性差，易造成振刀和讓刀，從而使工件精車基準(zhǔn)不平同時(shí)粗糙度不能達(dá)到要求。經(jīng)過研究決定在大端加以輔助支撐，加強(qiáng)大端的剛性并避免振刀和讓刀。

在加工過程中沒有輔助支撐的情況下端面跳動(dòng)為0.03并且有輕微的振刀，在裝有附注支撐的情況下端面跳動(dòng)為0.005mm，表面粗糙度達(dá)到要求。

2.1.4 噴丸后工件的修復(fù)

由于無法預(yù)知工件在噴丸后的變形情況，所以需要在噴丸前后測(cè)量工件各個(gè)表面相對(duì)于基準(zhǔn)的跳動(dòng)，經(jīng)測(cè)量腹板在噴丸前相對(duì)于基準(zhǔn)的跳動(dòng)為0.02，噴丸修復(fù)后則為0.04，可以滿足設(shè)計(jì)要求。

為保證各個(gè)尺寸和形位公差滿足設(shè)計(jì)要求，噴丸后對(duì)各個(gè)配合表面進(jìn)行修復(fù)。內(nèi)型面各配合面與基準(zhǔn)一次加工形成，修復(fù)外型面配合面時(shí)找正基準(zhǔn)后加工，尺寸和形位公差可以保證。

2.1.5加工參數(shù)的選擇

轉(zhuǎn)速高，進(jìn)給量大，雖然可以提高切削效率，但是在單位時(shí)間內(nèi)切除的材料多，工件熱傳導(dǎo)不充分，累積的機(jī)加應(yīng)力也大，很容易導(dǎo)致薄壁件變形。切削深度受刀具半徑制約，并且切削深度將直接影響工件受到的切削力，因?yàn)檫x用的刀具半徑R1.5，且為了減少切削力對(duì)薄壁件的影響，切削深度也不宜過大。經(jīng)過多次試驗(yàn)，在滿足加工精度的前提下，轉(zhuǎn)速為70r/min，進(jìn)給量為0.1mm/r，切削深度不超過0.25mm。

3 結(jié)論

經(jīng)過進(jìn)行連接軸工藝的分析研究，制定合理的工藝路線、加工方法，加工出的工件符合設(shè)計(jì)要求，結(jié)果表明工藝路線、加工方法可行，為其他類似結(jié)構(gòu)薄壁工件的機(jī)械加工制造提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

參考文獻(xiàn)

[1]柯明揚(yáng).機(jī)械制造工藝學(xué)[M].北京：航空航天大學(xué)出版社，1996 1-185.

[2]湯湘中.機(jī)床夾具設(shè)計(jì)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1988 1-158 .

[3]張幼楨.金屬切削原理及刀具[M].北京：國(guó)防工業(yè)出版社，1990 1-162.

[4]陳日曜.金屬切削原理（第2版 ）[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000.6 1-185.endprint

摘 要：薄壁連接軸在結(jié)構(gòu)上突出特點(diǎn)為薄壁、剛性差，加工過程中易變形。該件材料為難加工材料，可切削性差，在加工過程中極易積累較大機(jī)加應(yīng)力，增大工件的變形量。同時(shí)各尺寸公差和技術(shù)條件要求嚴(yán)格，加工難以保證。由于該件要求噴丸，并且在噴丸后工件的變形量無法預(yù)測(cè)，所以需要制定合理的加工路線及加工方法，設(shè)計(jì)專用減少變形的車床夾具，選擇恰當(dāng)?shù)牡毒吆图庸?shù)，用以減少工件的變形，保證工件的加工質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：連接軸；薄壁；加工；變形

中圖分類號(hào)：TH13 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

薄壁連接軸是曲面結(jié)構(gòu)，壁薄，各尺寸精度要求高，技術(shù)條件嚴(yán)，而且該件材料為難加工材料，可切削性差，這些都為工件加工帶來困難。需要制定合理的工藝路線，設(shè)計(jì)專用車床夾具以減少工件變形，并優(yōu)化切削參數(shù)，最終加工出了合格的工件。

1 制定工藝前準(zhǔn)備

1.1工件圖分析

連接軸材料為難加工材料，曲面壁薄，最小壁厚只有3mm，最大直徑大、技術(shù)條件多、精度要求高，很多技術(shù)條件都在0.03～0.05之間。此外工件還進(jìn)行噴丸處理，噴丸對(duì)工件的尺寸、技術(shù)條件的影響無法預(yù)期，所以加工難度高，尺寸和技術(shù)條件難以保證。工件三維示意圖如圖1。

2 主要表面的加工方法

2.1內(nèi)外型面的加工

內(nèi)外型面為曲面，壁薄，最小壁厚僅為3mm，尺寸多，最大直徑大、技術(shù)條件多、精度要求高。工件壁薄曲面精度比較高，多項(xiàng)技術(shù)條件要求比較嚴(yán)，薄壁易變形，加工很難保證。加工時(shí)必須考慮控制變形。經(jīng)研究決定，從工藝路線上安排兩次消除應(yīng)力熱處理，減少機(jī)加應(yīng)力對(duì)工件變形的影響；研究裝夾方案，盡可能減少半精車和精車內(nèi)外型面時(shí)裝夾引起的變形。同時(shí)選擇合適的切削刀具、優(yōu)化切削參數(shù)，控制工件變形。

2.1.1 工藝路線對(duì)工件變形的控制

因?yàn)楣ぜ儆诒”诩?，在開始制定工藝路線時(shí)就必須考慮控制變形。為了最大限度減小機(jī)加應(yīng)力對(duì)工件變形的影響，工藝路線安排了兩次消除應(yīng)力熱處理；在完成腹板的精車加工后，工件需要對(duì)腹板進(jìn)行噴丸處理。由于在噴丸后工件的變形程度無法預(yù)知，所以工件在噴丸前所有的面均留有余量并在噴丸后進(jìn)行修復(fù)，這樣不僅保證了相關(guān)尺寸，同時(shí)也保證了各個(gè)面相對(duì)于基準(zhǔn)的技術(shù)條件。

2.1.2消除應(yīng)力熱處理對(duì)工件變形的控制

為了最大限度減小機(jī)加應(yīng)力對(duì)工件變形的影響，工藝路線在粗車后和半精車后分別安排了消除應(yīng)力熱處理，經(jīng)過粗車后，工件每邊剩余2～3余量，工件去除材料多，累積機(jī)加應(yīng)力大，此時(shí)進(jìn)行第一次消除應(yīng)力熱處理，消除粗加工工序累積的應(yīng)力。

當(dāng)半精車后，各邊余量控制在約1，再進(jìn)行一次消除應(yīng)力熱處理，釋放工件中所累積的機(jī)加應(yīng)力，減少精車時(shí)機(jī)加應(yīng)力對(duì)工件變形的影響。

2.1.3對(duì)精車前修復(fù)基準(zhǔn)時(shí)振刀和變形的控制

為保證精車時(shí)腹板和基準(zhǔn)能夠?qū)崿F(xiàn)一次加工，在精車前需要修復(fù)大端兩端面和外圓。車加工大端，由于大端懸空且工件壁薄、剛性差，易造成振刀和讓刀，從而使工件精車基準(zhǔn)不平同時(shí)粗糙度不能達(dá)到要求。經(jīng)過研究決定在大端加以輔助支撐，加強(qiáng)大端的剛性并避免振刀和讓刀。

在加工過程中沒有輔助支撐的情況下端面跳動(dòng)為0.03并且有輕微的振刀，在裝有附注支撐的情況下端面跳動(dòng)為0.005mm，表面粗糙度達(dá)到要求。

2.1.4 噴丸后工件的修復(fù)

由于無法預(yù)知工件在噴丸后的變形情況，所以需要在噴丸前后測(cè)量工件各個(gè)表面相對(duì)于基準(zhǔn)的跳動(dòng)，經(jīng)測(cè)量腹板在噴丸前相對(duì)于基準(zhǔn)的跳動(dòng)為0.02，噴丸修復(fù)后則為0.04，可以滿足設(shè)計(jì)要求。

為保證各個(gè)尺寸和形位公差滿足設(shè)計(jì)要求，噴丸后對(duì)各個(gè)配合表面進(jìn)行修復(fù)。內(nèi)型面各配合面與基準(zhǔn)一次加工形成，修復(fù)外型面配合面時(shí)找正基準(zhǔn)后加工，尺寸和形位公差可以保證。

2.1.5加工參數(shù)的選擇

轉(zhuǎn)速高，進(jìn)給量大，雖然可以提高切削效率，但是在單位時(shí)間內(nèi)切除的材料多，工件熱傳導(dǎo)不充分，累積的機(jī)加應(yīng)力也大，很容易導(dǎo)致薄壁件變形。切削深度受刀具半徑制約，并且切削深度將直接影響工件受到的切削力，因?yàn)檫x用的刀具半徑R1.5，且為了減少切削力對(duì)薄壁件的影響，切削深度也不宜過大。經(jīng)過多次試驗(yàn)，在滿足加工精度的前提下，轉(zhuǎn)速為70r/min，進(jìn)給量為0.1mm/r，切削深度不超過0.25mm。

3 結(jié)論

經(jīng)過進(jìn)行連接軸工藝的分析研究，制定合理的工藝路線、加工方法，加工出的工件符合設(shè)計(jì)要求，結(jié)果表明工藝路線、加工方法可行，為其他類似結(jié)構(gòu)薄壁工件的機(jī)械加工制造提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

參考文獻(xiàn)

[1]柯明揚(yáng).機(jī)械制造工藝學(xué)[M].北京：航空航天大學(xué)出版社，1996 1-185.

[2]湯湘中.機(jī)床夾具設(shè)計(jì)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1988 1-158 .

[3]張幼楨.金屬切削原理及刀具[M].北京：國(guó)防工業(yè)出版社，1990 1-162.

[4]陳日曜.金屬切削原理（第2版 ）[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000.6 1-185.endprint