薄壁管形零件加工方法分析

李晓军

摘 要：文章针对薄壁管形类零件车削加工过程中易发生的质量问题进行探讨，从造成薄壁管形零件在加工过程中产生的各种问题进行理论分析，根据分析出来的原因制定了相应的解决措施，通过实践加工验证证明解决措施有效，解决了薄壁管形零件加工难的问题。

关键词：薄壁管形零件；切削力；刀具；装夹

中图分类号：TG519.1 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2016）15-0009-02

1 概 述

本文提及的薄壁管形零件主要特点呈管形且薄壁，主要加工表面是内孔、外圆及两端面，其主要技术要求有：内孔和外圆的圆度要求；内外圆之间的同轴度要求；孔轴线与端面的垂直度要求等这些实际问题将如何解决？薄壁管形类零件壁厚很薄，径向刚度差，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，对薄壁管形类零件加工过程中的装夹方法、切削量、刀具参数等进行探讨，将该薄壁零件进行多次对比加工，最终探讨出一种最合理的加工方法，既能加工出合格产品又能提高其加工速度，经检验证明按此方法加工出来的产品各项尺寸都能达到尺寸要求。从而证明此加工方法可以运用到生产实践中。

2 薄壁管形零件的结构分析

某型号产品零件，如图1所示，零件材料为板2A12-T4（GB/T 3880-1997），该零件的工艺路线为：板材→卷圆→整形→焊接→热处理退火→车削加工→最终检验。该产品由 6 mm的铝板卷圆后最终加工至壁厚仅为2 mm、圆度0.05、两端相对外圆的跳动为0.05、端面相对外圆垂直度为0.05。根据该零件的要求可知该零件为典型的薄壁管形零件。

3 薄壁管形零件加工前对所用设备的调整

尤其在加工薄壁管型零件之前，我们应对机床的各部件进行检查，机床的主轴、溜板、刀架等部位的间隙若过大、在加工该薄壁零件时易产生震动，车削时车刀磨损较快，导致工件发劲。从而影响了工件尺寸要求和工件表面的粗糙度。因此，在车削该薄壁管型零件时，必须将机床各部件调整到最佳使用状态，这样既可增强车刀的耐用度又可保证工件的各部尺寸要求，同时也提高了工件的表面粗糙度。

4 加工该薄壁管型零件时刀具的合理选择

因为该零件是铝材料制成，在加工时我先选用的硬质合金刀进行车削加工，发现它很容易粘刀，原因是铝材料软，硬质合金刀又不容易磨得很锋利，因此加工时易粘刀，后来我改用白钢刀进行车削加工，发现加工起来很畅通，车削时不粘刀了。通过对比加工之后，发现车削铝材选用白钢刀车削比用硬质合金刀更为合适，在加工该工件时只需用白钢90 °正刀、45 °正偏刀、45 °镗孔刀即可完成该工件的车削。

5 冷却液的合理选择

在加工该薄壁管型零件时，对冷却液的选择上也有一定的讲究，不能用含硫的冷却液，它会腐蚀铝件。因此我们在车削加工铝件时最好使用煤油冷却工件。

6 对薄壁管型零件的夹紧与车削加工方法分析

6.1 三爪装夹

用三爪直接夹紧工件外圆，加工该零件的内孔，当我们夹紧外圆时即使使用较小的夹紧力，工件也会产生变形，当把内孔加工到尺寸时，松开三爪，就会明显的发现，已加工好的内孔变成了三角形；若采用同样的装夹原理用三爪撑内孔车外圆，车削结果证明，外圆是可以车到图示尺寸要求的，但是当我们松开卡爪取下工件时，发现工件也变形了，内孔成圆形，已加工好的外圆却成了三角形。于是，这就要求要借助工装夹具来装夹从而保证工件不变形。如图2（a）、（b）、（c）所示。

6.2 工装夹具的设计及制作

由于所加工工件薄壁，刚性不好，易变形，工装夹具就是从增强刚性入手，可以考虑以开口过渡环装夹外圆，以接近于芯棒的形式定位内孔。在实际操作中，就其开口过渡环的制作也是一种薄壁零件的制作过程。将开口过渡环的壁厚加工至 4 mm，将其工件放入开口过渡环中加工工件的内孔，待加工完成孔后，将工件取出进行检测，检测结果证明工件变形了，无法保证所需尺寸要求；又重新加工开口过渡环将壁厚加工至 6 mm，再装入另一件未加工的零件加工其内孔，加工时发现工件有松动现象，证明工件未夹紧，原因是过渡环的壁太厚，失去了刚性和弹性，实践证明，采用这种装夹方式也很难加工出合格的薄壁管型零件。如图3所示。

6.3 对薄壁管型零件的最佳加工方法

6.3.1 工装夹具的设计与制作

①配制两段外径大于0230±1 mm，内孔为0150±5 mm长度大于50±5 mm的任一型号圆钢按图中顶尖1和顶尖2制作两顶尖，用于加工该零件外圆时顶紧内孔。

②配制一段外径为0300±1 mm，长度大于50±5 mm的圆钢（暂不加工）。待所加工工件外圆全部加工完成后，再加工该夹具。

③配制一段外径为0290±1 mm内孔为0224±1 mm长度为80±5 mm的圆钢按加工成形，用于加工该零件内孔时顶紧零件端面。

④配制一段外径为0230±2 mm，内孔为0153±1 mm，长度为23±5 mm的圆钢，加工成形，用作取工件时夹具。

6.3.2 粗、精车该零件外圆

卡盘夹紧预先加工好的顶尖，用表座及内径量表调整好顶尖圆跳动，保证在0.02 mm以内。将已加工好的顶尖装在尾顶尖上。

将90 °正白钢刀的前、后角磨至3 °左右，装在刀架上，确认被加工工件夹紧后，将切削速度调至400转/min左右，进刀量为0.3～0.5 mm，用煤油冷却。将工件外圆粗车到0231 mm，停止机床，转动刀架，将已精磨好的前‘后角为5 °～7 °的正白钢刀装在刀架上，切削速度可以提高到600转/min。进刀量减少到0.1～0.3 mm。待工件完全冷却后，精车外圆到图示尺寸0230；将外圆加工完成后，将此外圆刀移至该零件右边端面外，光出该端面，在加工端面时，为了保护两端顶尖，将端面离内孔处留约0.5～0.8 mm不加工，加工内孔时即可去除，将右端面加工完后，转动刀架装一把90 °反白钢刀，再加工工件左边端面，保留该零件长160.5±0.05 mm，按如此加工方法，该零件的外圆就算加工完毕。取下该工件，轻轻放置于料架上，卸下顶尖。

6.3.3 粗、精车该零件内孔及所需夹具设计

将事先准备好的一段外径为0300±1 mm，内径为0225± 1 mm长度为150±5 mm的圆钢装夹在卡盘上，将此定位环加工结束后不用折卸。

把已加工好外圆的零件装入刚加工好的定位环内，然后从右边旋入加工好的螺母套，将锁销插入锁销孔，把螺母套旋至工件右边端面处，用适当的力压紧工件即可。

在镗孔加工该零件时不能选硬质合金刀，因为硬质合金刀在刃磨时不够锋利，会给切削带来很大的阻力，使切削力增大和产生切削热，还会粘刀。因此，在加工薄壁零件内孔时，应该选用45 °白钢镗刀，将镗刀前角磨成4 °～5 °左右，这样可以减少刀具和工件之间的摩擦，以免工件发生振动从而影响工件表面粗糙度。刃磨要锋利，刀尖圆角半径小于0.5 mm，切削速度调整为250转/min左右，进刀量为0.3～0.5 mm，用煤油冷却，先粗车内孔，将内孔尺寸车至225.5 mm，待工件充分冷却后，转动刀架装上精车刀（精车刀的前角和主偏角都可以磨成7 °～8 °左右），将切削速度调至400转/min左右，进刀量减少到0.1～

0.3 mm，再精车内孔到图示尺寸0226±0.10 mm，由于所用夹具太大，因此切削速度不宜过快。整个工件就算加工完毕。

6.3.4 折卸已加工好的薄壁管件的方法

把锁销插入锁销孔中将螺母套向反方向扳松，慢慢将螺母套旋出，用先加工好的工装套子从已加工好的工件右边口部塞入，将一软爪装在机床尾座上，用软爪夹住工件外圆，慢慢旋动尾座将工件拉出套子。轻轻放置检验台上。

7 检测结果

经过两种加工方法的对比，第一种装夹方式直接装夹法是肯定不可采纳的，因为这种装夹方式完全不能加工出合格的产品，第二种装夹方式采用两套工装夹具的装夹方式来加工薄壁管型零件的内、外圆是最恰当的选择，经检测加工完成的工件各项尺寸都能达到图示尺寸要求，在加工数量上，每天最多只能加工完成2～3件产品，而且各档尺寸还不能完全符合图示要求。自从采取第二种加工方法后每天可以完成6～7件合格产品，而且各档尺寸都能符合图示尺寸要求，这种能成倍提高产品数量的加工方法我们更应该把它广泛的运用到生产实践中，给我们创造出更好的生产效益。

8 结 语

本文从薄壁管形零件的自身特点，在加工过程中易发生的各种情况下造成加工难的原因进行分析，制定了相应的解决措施，通过型号产品的切削加工证明，用本文介绍的第二种装夹方式装夹，变形较小，能够保证形状及同轴度的要求，刀具几何参数及切削量的选择也合理，加工后的零件经检测的各项要求均有明显提高且满足工艺设计要求，采用本文提及的方法可以解决薄壁管型类似零件的车削加工，为推动某型号产品的研制具有一定的意义。

参考文献：

[1] 吴宗泽.机械设计课程设计手册（2版）[M].北京：高等教育出版社，1999.

[2] 张云电.薄壁缸套生产技术[M].北京：国防工业出版社，2001.

[3] 成大先.机械设计手册[M].北京：化学工业出版社，2004.