李迎春，韓華剛，嵇興，劉剛

(1. 西安航天泵業(yè)有限公司，陜西 西安 710065； 2. 中國石油集團(tuán)石油管工程技術(shù)研究院，陜西 西安 710065)

0 引言

隨著薄壁環(huán)形零件在航天、汽車、石油等行業(yè)的廣泛應(yīng)用，薄壁環(huán)形零件的加工變形已成為一個(gè)急需解決的問題。在石油行業(yè)中，各類輸油泵中都有大量的環(huán)形薄壁零件，比如葉輪口環(huán)、殼體口環(huán)、軸套、節(jié)流環(huán)等都屬于環(huán)形薄壁件，其中輸油泵所用葉輪口環(huán)尺寸要求嚴(yán)格，為典型薄壁環(huán)形件。本文以輸油泵葉輪口環(huán)為例，對環(huán)形薄壁件的加工方法進(jìn)行探討，給出幾種不同的加工裝卡方法，通過對比分析實(shí)際測量數(shù)據(jù)，確定了最優(yōu)的加工方法[1-2]。

由于薄壁零件在切削過程中所產(chǎn)生的切削力會導(dǎo)致零件發(fā)生彈性變形，所以加工完成后，變形較大，無法滿足客戶要求。為保證零件加工質(zhì)量，針對這一問題對原工藝加工方法進(jìn)行改進(jìn)，目的是改進(jìn)葉輪口環(huán)工藝加工方法，提高精工精度，保證零件質(zhì)量以滿足客戶要求[3]。

1 典型口環(huán)零件分析

1.1 零件基本情況介紹

以某典型口環(huán)零件為例，該零件為薄壁環(huán)形零件，內(nèi)腔由臺階孔及圓角構(gòu)成，零件材料為不銹鋼(20Cr13 GB1220-2007)，硬度為HRC30～35，壁厚為5mm，內(nèi)孔表面粗糙度Ra3.2，外圓與內(nèi)孔的同軸度為φ0.02mm。原來傳統(tǒng)加工方法是采用切斷加工方法，棒料(棒料增加夾持部分)粗加工為臺階環(huán)狀，再進(jìn)行熱處理。熱處理后轉(zhuǎn)車床，裝夾工件夾持部分，平端面、鏜孔、車外圓至圖樣尺寸。使用槽刀將其切斷，總長預(yù)留余量，鏜軟爪，掉頭裝夾所切下的口環(huán)，平端面并倒角。關(guān)鍵配合尺寸要求如表1，其葉輪口環(huán)零件圖形狀及尺寸如圖1所示。從以往的加工工藝方法中發(fā)現(xiàn)，裝夾工件夾持部分短，零件很容易發(fā)生變形，工裝夾具并不能滿足零件的精度要求，所以在后面的方案中優(yōu)先考慮口環(huán)零件的工裝夾具以及裝夾方法。在工裝夾具的設(shè)計(jì)中，首先考慮工裝夾具能否滿足零件的精度要求，其次要考慮簡單方便，便于工人操作[4-6]。

表1 關(guān)鍵配合尺寸 單位：mm

圖1 葉輪口環(huán)零件圖

圖2是采用傳統(tǒng)加工方法的加工圖，采用此種方法最終尺寸跳動范圍：內(nèi)孔及外圓尺寸變化為(-0.10～+0.15)mm。

圖2 葉輪口環(huán)零件傳統(tǒng)方法加工圖

1.2 主要加工難點(diǎn)分析

2 加工工藝過程設(shè)計(jì)

通過對零件結(jié)構(gòu)及其加工難點(diǎn)的分析，制定出以下4種加工工藝方案。

2.1 第1種加工工藝方案設(shè)計(jì)

如圖3所示，使用切斷方法，在使用槽刀開始切斷之前，將內(nèi)孔按圖樣要求尺寸加工到位，外圓預(yù)留0.3mm余量，在切至單邊壁厚1mm處時(shí)停止切割，使用外圓精車刀將外圓加工到位，然后再次使用槽刀將剩余部分切斷，切斷后掉頭三爪輕夾工件，對其倒角。

圖3 方案1加工方法示意圖

采用此種方法最終尺寸跳動范圍：內(nèi)孔及外圓尺寸變化為(-0.03～+0.09)mm。

2.2 第2種加工工藝方案設(shè)計(jì)

如圖4所示使用切斷方法，在使用槽刀開始切斷之前，將內(nèi)孔、外圓預(yù)留0.3mm余量，切斷位置如圖所示，在切至單邊壁厚1mm處時(shí)停止切割，使用外圓精車刀將外圓加工到位，并對內(nèi)孔倒角，然后再次使用槽刀將剩余部分切斷。

圖4 方案2加工方法示意圖

采用此種方案最終尺寸跳動范圍：內(nèi)孔及外圓尺寸變化為(-0.01～+0.08)mm。

2.3 第3種加工工藝方案設(shè)計(jì)

如圖5、圖6所示，零件毛坯下料時(shí)外圓預(yù)留3mm余量，內(nèi)孔留10mm余量，長度6mm，三爪撐內(nèi)孔，將外圓及長度尺寸加工到位，然后使用新寬弧軟爪工裝，按圖示要求尺寸將內(nèi)孔加工到位，并對內(nèi)孔倒角。

圖5 方案3加工方法示意圖

圖6 方案3加工方法示意圖

采用此種方案最終尺寸跳動范圍：內(nèi)孔及外圓尺寸變化為(-0.02～+0.07)mm。

2.4 第4種加工工藝方案設(shè)計(jì)

如圖7所示，根據(jù)口環(huán)內(nèi)孔要求尺寸，加工芯軸、堵蓋工裝，口環(huán)毛坯下料尺寸外圓比圖樣尺寸大20mm。將毛坯外圓見光，長度及內(nèi)孔按圖樣尺寸加工到位，如圖所示將口環(huán)與芯軸安裝到位，并使用堵蓋、螺釘將二者緊固限位。卡爪裝夾芯軸，將口環(huán)外圓加工至圖樣要求尺寸。

圖7 方案4加工方法示意圖

最終尺寸跳動范圍：內(nèi)孔及外圓尺寸變化為(-0.01～0.04)mm。

3 加工驗(yàn)證

根據(jù)以上設(shè)計(jì)的加工工藝方案，進(jìn)行加工驗(yàn)證，每種加工兩件樣件，最終尺寸變化范圍記錄見表2。

表2 最終尺寸變化數(shù)據(jù) 單位：mm

根據(jù)以上4種實(shí)施方案及最終結(jié)果可以看出，方案4最有效、最可靠，最終零件尺寸基本滿足圖樣要求。

4 結(jié)語

通過本文的幾種方案比較，最后得出結(jié)論，采用方案4比較好，完全滿足設(shè)計(jì)要求，一次交檢合格率達(dá)到了100%，在不改變加工成本、不需要購買特殊刀具的前提下，有效解決了本公司口環(huán)類型零件的加工難題。所設(shè)計(jì)的工裝夾具和加工工藝方法可以大幅度地提高加工效率，降低了刀具費(fèi)用。此方法同時(shí)具有一定的推廣性，克服了口環(huán)類零件傳統(tǒng)加工方法易變性等缺陷，為以后環(huán)形薄壁件的加工提供了可借鑒的經(jīng)驗(yàn)。