薄壁异型球体创新加工方法研究

吕英俊

（辽沈工业集团有限公司，辽宁 沈阳 110045）

1 半球体加工难点分析及加工方法

1.1 工件分析

该产品材料代号：0Cr17Ni4Cu4Nb，为沉淀硬化不锈钢，热处理后要求б≥1200Mp。壁厚为mm，内球面尺寸为SR124.mm，表面粗糙度为1.6цm。形位公差为0.03mm～0.08mm。三处突起角度接口要求整体加工，不允许焊接；接口处外螺纹要求焊接后加工；为增加强度，各接口处外球表面设计一定的增厚区域，并且要求圆滑过渡，这就极大的增加了加工难度。传统加工方法应该是由五轴加工中心与数控车床组合完成加工，但加工费用较高。经分析研究决定采用新的组合加工方法，设计辅助工装夹具，由加工中心做基准面及孔，剩余部位由其它机床完成加工。减少了对多轴数控加工中心机床的依赖，降低了加工费用。

1.2 加工难点分析

（1）该工件材料为沉淀硬化不锈钢，加工难度大。具体表现以下几方面：①加工硬化严重；②切削力大；③切削温度高；④切削不易折断、易粘结；⑤刀具易磨损。（2）薄壁件，易变形。同时装夹困难。

1.3 改善措施及解决方案

（1）合理选择刀具材料：根据该材料的切削特点，要求刀具材料应具有耐热性好、耐磨性高、与不锈钢的亲和作用小等特点，YG类硬质合金的韧性较好，可采用较大的前角，刀刃也可以磨得锋利些，使切削轻快，使切屑与刀具不易产生粘结。切削不锈钢可获得较好的效果。（2）合理选择刀具几何参数减小车削变形：根据实际加工经验，增大刀具前角，取γ0=15°，前角γ0增大使切削刃锋利，以减小切屑变形，减小切削力，并可使切屑容易排出；增大后角，取α0=8°左右，后角增大有利于减小后刀面与工件间的摩擦，减小径向挤压力，防止零件变形。（3）合理选择切屑用量：切削速度Vc：根据不锈钢材料特点较粘，易粘刀，刀具磨损快等特点。因此要降低切削速度，这里选择为普通碳钢50%，保证合理的刀具耐用度 。切削深度ap：粗加工时为提高加工效率，可选用较大的切深，加大同时注意不要过大而引起振动，可选ap=2mm～4mm。这里选择3mm。精加工时可选较小的切削深度，一般采用ap=0.2mm～0.5mm。这里取0.3m。进给量f：切削残留高度和积屑瘤高度都随进给量的增加而加大，所以进给量不能过大。为提高加工表面质量，精加工时应采用较小的进给量。这里取0.15mm/r，应注意不要过小，产生微量进给。使加工区产生硬化层，影响表面加工质量。（4）充分添加冷却液，降低切削温度，保证刀具耐用度。（5）利用辅助工装夹具，分粗，半精，精加工方法加工。关键尺寸留余量热处理后精加工完成。

2 加工工艺过程

2.1 锻件下料，退火后普通车床粗车内外径各处，留余量4mm～5mm。

2.2 数控车夹盘装夹一端外径半精，精车内球面。再利用辅助胎具装夹粗车外球面，（壁厚按照增厚区域最大尺寸值加工）。

2.3 加工中心利用B轴转角度功能加工三处30度基准面及孔及一处25度φ46公差孔。

2.4 钳工完成一处φ46公差孔增厚段处：利用胎具向内敲击使其凹向内球面（内增厚）。

2.5 利用辅助夹具数控车精车外球面，达尺寸公差要求。

2.6 利用内孔定位装夹，普通车床粗车三处凸台外径及增厚段处，留量2mm～3mm。数控车加工螺纹处外径留量1mm，端面留0.5mm，其余完成。剩余区域钳工按照样板精修完成。

2.7 普通车床按三处凸台外径装夹找正，加工内台孔φ33.5完成。

2.8 与上半球体整体焊接，其余接口焊接，其余螺纹处用一锥攻丝

2.9 时效热处理HRC38-40

2.10 利用工装夹具装夹普通车床加工三处外螺纹，其余螺纹处用二锥攻丝完成。

2.11 钳工砂光外表面，锐边倒钝。

2.12 除各接口处外，其余喷漆完成。

3 产生效益及推广情况

五轴加工中心加工台时费为（260-300）元。普通加工中心为（100-150）元。综合计算结果每件可节省加工费用约2000元。该产品已批量生产，效益非常可观。

图1 加工中心完成三处凸台面及公差孔

图2 粗加工三处凸台

4 结论和建议

该加工方法独特，新颖。经生产实际加工证明，该加工方案可行，加工精度满足图纸要求。总结出了宝贵经验，同时降低了成本，增加了效益。实践证明在实际生产中不要只局限于传统单一加工方法，要广开思路，开拓思维。要善于根据实际情况寻找多种合理加工方法，争取做到举一反三，解决实际生产中的加工难题。同时此加工方法也为类似零件和产品的机械加工提供了一定的参考和借鉴。

[1]焦小明，孙庆群.机械加工技术[M].北京：机械工艺出版社，2005.