前殼體零件的車削加工

■青島港灣職業(yè)技術(shù)學(xué)院 （山東青島 266404） 王貢為 董國強(qiáng)

氣動(dòng)工具是一種安全、便捷的生產(chǎn)工具，應(yīng)用廣泛。本著輕便、功率大的原則，設(shè)計(jì)氣動(dòng)工具的工程師往往將氣動(dòng)工具的零部件設(shè)計(jì)成四兩撥千斤的效果，這就使得其零部件的加工比較困難。

1. 前殼體結(jié)構(gòu)

B1621型氣扳機(jī)（見圖1）前端黑色的部件就是前殼體，其結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖1 B1621型氣扳機(jī)

前殼體零件毛坯材質(zhì)是Q235低碳鋼，碳含量低于0.25%，強(qiáng)度低、硬度低，容易變形。其制造采用8道拉深工序完成。拉深后的毛坯外形尺寸不固定，沒有相對(duì)完好的基準(zhǔn)面。殼體壁厚3mm，直徑60mm，屬于典型的薄壁零件，如圖3所示。其中4、5、6和7處垂直度和同軸度要求較高，這些部位都要進(jìn)行車削加工。4、6處要壓軸承或襯套，尺寸精度要求較高。

圖2 前殼體零件結(jié)構(gòu)示意

圖3 前殼體薄壁零件

加工薄壁零件的常用方法為：采用軸向裝夾方式用鎖緊螺母壓緊工件端面；卡爪包裹住工件夾緊；采用粗、精車兩次裝夾完成加工；保持刀具鋒利，加注充分的切削液。

為了保證前后兩孔的同軸度、殼體底面與軸線的垂直度，內(nèi)孔4、5、6處尺寸，以及端面7處，需在一次裝夾中完成加工（俗稱“一刀活兒”），為此只能拋棄軸向螺帽壓緊的裝夾方法。

2. 樣件生產(chǎn)時(shí)出現(xiàn)的問題

生產(chǎn)樣件時(shí)，采用普通卡爪徑向裝夾，夾持面積達(dá)到殼體外圓的2/3，加工刀具保持鋒利，加注充分的切削液。但是，這種工藝方案加工出的零件尺寸精度和位置精度極差，達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，合格品只有50%。零件在機(jī)床上測(cè)量精度完全合格，但是松開卡爪后，零件會(huì)扭曲變形。分析認(rèn)為，工件夾緊時(shí)變形是產(chǎn)生廢品的主要原因。如何才能做到夾緊后既滿足切削力的需求，又保證工件不變形，是解決技術(shù)難題的根本。

3. 批量加工時(shí)采取的工藝優(yōu)化方案

批量加工時(shí)，嘗試采取了如下幾種工藝優(yōu)化方案。

（1）第一種改進(jìn)方案 先以內(nèi)孔為基準(zhǔn)將工件大外圓車一刀（俗稱“見光”），作為精基準(zhǔn)，然后夾持精基準(zhǔn)平端面、車內(nèi)孔。實(shí)踐證明，這種互為基準(zhǔn)的工藝方案不合適。因?yàn)橐詢?nèi)孔為基準(zhǔn)車外圓時(shí)，只要撐起內(nèi)孔，工件就變形了；加工完外圓，松開卡爪，工件再次出現(xiàn)彈性變形，預(yù)加工精基準(zhǔn)的方案失敗。

（2）第二種改進(jìn)方案 零件分粗、精加工，粗加工時(shí)采用相對(duì)較大的夾緊力；精加工時(shí)，將卡爪輕輕松動(dòng)一下，減少夾緊力。實(shí)踐證明，此方法不可靠，精加工松動(dòng)工件的力很難控制，夾緊力稍大一點(diǎn)，工件依舊夾緊變形；夾緊力小了，工件會(huì)在精車時(shí)松動(dòng)、脫落，輕則刀具損毀，重則工件飛出，釀成安全事故。

（3）第三種改進(jìn)方案 重新制作卡爪?？ㄗA持表面車制成喇叭形（見圖4），卡爪的后半部分夾緊工件剛性相對(duì)較高的部分，卡爪前端3的位置軸向定位?？ㄗ⒐ぜ堪饋恚拖裨谑中睦镞u蛋，相互抵消來自不同方向的夾緊力。

優(yōu)化后的方案理論上是科學(xué)的，工藝人員和現(xiàn)場(chǎng)操作者都對(duì)其抱有很大的希望。由于生產(chǎn)條件的限制，使用手工刃磨的YW1硬質(zhì)合金車刀，冷卻采用水溶性切削液。經(jīng)過試驗(yàn)，刀具磨損劇烈。改為以潤(rùn)滑為主的N32全損耗系統(tǒng)用油，刀具壽命大幅提升，一次磨刀最多能夠加工200件殼體。產(chǎn)品質(zhì)量提高，廢品率下降到30%左右。

第三種方案依然保持著較高的廢品率，分析其原因?yàn)椋簥A緊狀態(tài)下的卡爪與工件表面呈線接觸，夾緊力全部集中在大孔與小孔相交的薄弱部位，不是很合理。為此，必須改進(jìn)卡爪夾持面的形狀和尺寸，將夾緊力調(diào)整至工件強(qiáng)度較高的部位。嘗試性地挑出50件毛坯，測(cè)量其定位基準(zhǔn)面外圓的一致性，測(cè)得其外圓尺寸都不一致，但有一個(gè)變化的區(qū)間，直徑尺寸變化區(qū)間為0～0.16m m，圓度變化區(qū)間為0～0.1mm，夾緊面的兩端尺寸差距為0～0.4mm。經(jīng)過換算，測(cè)量面的拔模斜度大約在2.5°。設(shè)計(jì)一個(gè)安全、可靠的專用夾具是當(dāng)務(wù)之急。

圖4 夾持面為喇叭形的卡爪

（4）第四種改進(jìn)方案 如圖5所示，將卡爪的前端加工成10mm×45°倒角，將卡爪后端車制成5°的錐度，卡爪大端直徑取測(cè)量直徑平均值59.92mm。

切削用量的選擇見表1。

圖5 夾持面形狀和尺寸改進(jìn)后的卡爪

表1 切削用量

測(cè)量方法：松開卡爪，卸下工件，殼體的小孔采用φ28H7光面塞規(guī)測(cè)量，大孔采用內(nèi)徑量表測(cè)量。重點(diǎn)測(cè)量工件的圓度誤差。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，其圓度誤差在0.06mm以內(nèi)為合格。

刀具采用鋼件、鑄鐵通用的國產(chǎn)TNMG160404R-C/VF三角形數(shù)控刀片，如圖6所示。

機(jī)油潤(rùn)滑液的弊端是在切削產(chǎn)生高溫時(shí)會(huì)冒煙。機(jī)油在高速切削時(shí)飛濺，形成油霧，導(dǎo)致零件加工后必須清洗。選用的清洗劑是汽油，容易失火，且嚴(yán)重污染環(huán)境，不利于操作者健康。換成了機(jī)械夾固式刀具后，嘗試性地?fù)Q掉機(jī)油潤(rùn)滑液，采用普通的乳化液，加水勾兌后的冷卻效果較好。經(jīng)過批量加工試驗(yàn)，零件成品率達(dá)到100%，完全解決了前殼體的加工難題，加工效率大幅提升，生產(chǎn)成本隨之下降。

圖6 TNMG160404R-C/VF三角形數(shù)控刀片

4. 結(jié)語

對(duì)于薄壁類零件的加工，不能生搬硬套以往的加工方案和經(jīng)驗(yàn)，不同的零件需要有不同的加工工藝，即所謂的核心技術(shù)。本文中的薄壁零件，前殼體的加工難題就是工件的夾緊變形。專用夾具的設(shè)計(jì)和制作是解決問題的關(guān)鍵?？ㄗΦ那岸思庸さ菇?，后半部分制成錐度，夾持受力點(diǎn)巧妙避開工件的薄弱部位，減少了裝夾變形。該方法在加工特殊的薄壁類零件時(shí)可予以借鑒，具有一定的推廣應(yīng)用價(jià)值。

專家點(diǎn)評(píng)

該文中的前殼體屬于典型的薄壁零件，如何在滿足切削力的前提下，控制夾持變形，是解決難題的關(guān)鍵。作者在卡爪夾具設(shè)計(jì)中，沒有生搬硬套以往的方案和經(jīng)驗(yàn)，而是根據(jù)零件的形狀特征融入自己的創(chuàng)新思路，通過改進(jìn)卡爪夾持面的形狀和尺寸，將夾緊力調(diào)整至強(qiáng)度較高的工件部位，解決了零件的夾緊變形難題。

作者的卡爪設(shè)計(jì)方案構(gòu)思巧妙、簡(jiǎn)單實(shí)用，就像在手心里攥雞蛋，相互抵消來自不同方向的夾緊力，適用于不均勻薄壁零件的加工，具有一定的工藝創(chuàng)新價(jià)值。