本站原创摘 要 ：工业中广泛使用薄壁件,但是由于其加工工艺性差,在切削力、残余应力、切削热、夹紧力等因素影响下,薄壁件易发生加工变形,不易控制加工精度和提高加工效率.本文对薄壁件加工过程中引起变形的因素进行了分析,通过改变工件的压紧方式和定位基准, 设计制作工装并加工验证,得出加工薄壁件的合理工艺安排, 顺利解决了工件变形问题, 保证了加工质量,提高了加工效率.
关 键 词 ：薄壁套类零件 车工夹具设计 装夹方法
一、前言
航空工业中广泛使用薄壁结构零件.薄壁零件由于其刚性好、强度高、相对重量较轻等优点,使得薄壁零件在社会中的运用越来越广泛.薄壁零件主要是指零件的壁厚小于2mm的零件.它们在机械加工工业中占有较大比例,薄壁套类零件因其具有重量轻、节约材料和结构紧凑等特点,广泛应用于航空领域.此类零件结构复杂,刚度较低,加工余量大,并有很多的形位公差要求,加工中极易发生变形和切削振动,让刀现象严重,装夹和定位较困难, 一直以来都是加工难点.
二、结构分析
此项套类零件是用来支承旋转轴及轴承,该类零件的主要表面是内孔和外圆,其主要技术要求是内孔及外圆的尺寸以及圆度要求；内外圆之间的同轴度要求；孔轴线与端面的垂直度要求.薄壁套类零件壁厚很薄,径向刚度很弱,在加工过程中受切削力、切削热及夹紧力等因素的影响,极易变形,导致以上各项技术要求难以保证.针对这些问题,本文对薄壁套类零件加工过程中装夹方法做了初步的探讨.
我厂生产某项车削加工薄壁套类后盖零件,首次投入400件,生产类型为大批量.此项零件壁厚仅为0.7mm,最薄的地方为0.5mm.
三、初次加工存在的问题
我们对首批加工情况进行调查、分析和研究,投入400件,超差品181件,报废19件,合格率仅为50%.
按照原来的加工方法,先镗右端内腔及环槽,再调头车削左端圆台,夹持零件右端外圆时零件已经变形,然后用和圆台同样大小的圆环将零件小端面压紧在芯轴上,接触面小,在加工过程中旋转,零件跳动量大,装夹不牢靠.一部分零件端面压伤,还有外圆加工成椭圆,同轴度、垂直度无法满足要求.
四、装夹方法的改进
(一)薄壁套类零件的加工分析
对于薄壁零件的加工,如果采用普通装夹方法,会产生很大的变形,无法保证加工精度.薄壁零件加工,改进装夹方式,根据零件的结构特点制定合适、有效的装夹措施：
①采用工艺夹头装夹车削时在坯料上预留一定的夹持长度,在工件完成内孔、外圆及端面的加工后切掉,单边留余量0.5mm,然后去应力时效.这样不但防止了工件产生太大变形,而且保证了内孔、外圆及端面间的位置精度.
②通过增加夹压点或夹压面积减小零件的变形或使变形均匀化.将零件的每一个点的夹紧力保持均衡,就是增大零件的装夹接触面,就能有效的减少零件的变形量.采用软爪来装夹工件,既简单,又经济,是一种方便有效的装夹方式.
③增设辅助支承,以增强工件的刚性.变径向夹紧为轴向夹紧,使夹紧力作用在刚度较大的轴向,避免了径向发生大的变形.
(二)车工夹具结构设计
外圆留较大的余量,采用软爪装夹外圆,先加工内孔、圆台和一个环槽端面；圆环与工件内腔壁充分接触,从而把零件撑紧,消除了径向间隙,提高了定位精度,这时零件与夹具组成一个刚性整体,再用软爪夹紧零件外圆加工左端面圆台和环槽时就不会发生变形了,利用压紧工艺凸台来固定工件,既改变了夹紧力对工件变形的影响,又起到支撑作用和吸附作用,对防止、抑制切削过程中的切削振动很有帮助；在第三道工序中采用如图6所示的夹具装夹工件加工外圆.该夹具的芯轴上装上此前使用的圆环,拧动螺母,使其向左移动时,圆环给工件一个轴向力,在芯轴上加工出槽让位,轴向力推动工件紧紧接触芯轴端面,而芯轴外圆和端面是一次加工出来的,垂直度高,然后车削外圆台阶和端面.该夹具使夹紧力作用在工件的左端面上,增大了接触面,减小了工件因变形而产生的加工误差,很好地保证了内外圆的同轴度要求和内孔与端面的垂直度要求.
五、使用效果
第二批投入200件,全部合格.通过实际切削加工表明,用新设计的夹具装夹,零件变形较小,零件的同轴度、垂直度及各项尺寸的要求都能够得以保证.刀具几何参数及切削用量的选择也较为合理,工件的各项要求均有明显的提高.该夹具成功解决了薄壁套类零件在加工过程中容易变形的难题,降低了此类零件的废品率,提高了生产效率.