浅析薄壁套类工件的车削加工技术

滕振楠 苏坚 李志坤

摘  要：薄壁套类工件加工是车削加工中较难解决的关键问题，本文对薄壁套类工件进行特性分析，通过采用一种新颖芯轴技术，有效克服了薄壁套类工件加工过程中出现的问题，如受力变形、受热变形、刀具磨损等，使薄壁套类工件加工的尺寸公差、形位公差达到图纸设计技术要求。

关键词：薄壁;变形;装夹;弹性夹套;弹性芯轴;切削力

中图分类号：TG519     文献标识码：A     文章编号：2096-6903（2020）02-0000-00

薄壁套类工件因重量轻、用料少、成本低同时具有紧凑结构因而被广泛应用，但该类工件壁厚薄，一般在3mm以下，因此工件刚性、强度等较弱，在零件加工过程中受装夹力、切削力及热应力等因素影响极易变形，导致零件加工完成后尺寸超差，所以薄壁套类工件加工是车削中比较棘手的问题

本文对薄壁套类工件加工过程中出现的问题进行分析，为薄壁套类工件加工提供有效解决方案及相应夹具。

1理论分析

车削薄壁套类工件的主要问题是变形，而产生变形的主要原因是切削力、切削热和夹紧力。

1.1装夹力对薄壁套类工件变形的影响

因工件壁薄，由于三抓卡盘的夹紧力给工件施加一个径向力导致变形，从而影响工件的尺寸精度和圆柱度。

薄壁件加工时，若直接采用三抓卡盘，夹紧工件后会给工件施加一个外力，导致工件在径向上出现变形，使之略微变成三角形。在这种状态下车工件内孔，能够得到一个符合尺寸要求的圆孔，但是松开卡爪使工件处于自然状态下后，由于自身的弹性，外圆会恢复到接近装夹前的状态，而内孔则随之变成弧形三角形，导致工件超差;如图1所示。

1.2切削热对薄壁套类工件变形的影响

任何工件在加工时都会受到切削热影响，尤其是径向尺寸受影响较大，而由于尺寸、材质等不尽相同，难以掌握热膨胀变形规律，导致工件加工时尺寸精度不易控制。

由于薄壁套类工件线膨胀系数大，受切削热影响大，如按照常规零件的方法一次装夹，然后连续完成粗车和精车，切削热极易引起工件的热变形，导致零件加工完成后尺寸超差，甚至有时会使零部件卡死在夹具上。

1.3切削力对薄壁套类工件变形影响

在切削力（特别是径向切削力）作用下，容易产生振动和变形，影响工件的尺寸精度，形状、位置精度和表面粗糙度[1]。

2常规装夹

图2是材料45号无缝钢管，ø39+0.076 +0.060mm外圆、圆柱度公差为0.05mm;ø38+0.041 +0.025mm内孔与ø39+0.076 +0.060mm外圆同轴度公差为0.04mm。

由图2可看出，该工件结构简单，但由于壁厚较薄加工过程易产生变形，故ø39mm的外圆对ø38mm的内孔的同轴度、ø39mm外圆的圆柱度和表面质量以及内孔＼外圆尺寸精度，是该工件最主要的加工难点，根据以往加工经验，用通常加工薄壁套的方法，进行加工工件。

2.1一次成型法加工

由于工件壁薄且较长，存在严重让刀现象，造成工件振刀无法切削，一次车削加工完成存在较大困难。工件加工让刀情况如图3所示。

2.2开口弹性夹套、可涨芯轴加工

由于工件壁薄，最薄处只有0.6mm左右，工件强度有限，而可涨芯轴作用力不能完全可控，用力不均会使精车后卸下的工件产生变形，造成尺寸超差。

2.3配堵头车外圆法

（1）粗车、半精车内孔、外圆均留加工余量。（2）将内孔加工至尺寸。（3）将带中心孔的堵头塞入内孔用顶尖顶住;然后加工至尺寸，见图4。

由于堵头外圆与堵头端面中心孔同轴度无法保证（如图5），造成加工的工件扭曲变形、壁厚不均工件报废[2]。

用以上几种常用方法试加工，都不能很好保证工件尺寸，为此，设计了一种特殊芯轴，确保工件的加工达到图纸要求。

3夹具设计

通过对该工件的基本情况及加工难点分析，以加工便捷，成本低，操作简单作为设计的出发点，设计出一种新的加工方法，配芯轴车外圆法。

3.1配芯轴车外圆法

芯轴结构如图6所示，芯轴右端内孔压入顶尖外圆柱面，并保证其为过盈配合;芯轴左端的外圆与工件精车后内孔为间隙配合。

为保证芯轴可使用性，必须使芯轴外圆与内孔具有一致性。因此，芯轴的加工采用配车法，具体加工方法如下：

（1）将毛呸件直接用三抓卡盘卡紧掉头加工芯轴的两端面，配车设计与顶尖圆柱面配合的孔，保证过盈量在0.01～0.03mm之间;

（2）将顶尖压入芯轴顶尖圆柱面，然后将顶尖安装于车床尾座上;

（3）调整车床尾座，保证顶尖旋出后能够将芯轴顶到卡盘上，调整好后锁死尾座;

（4）旋出顶尖，将芯轴顶紧在卡盘，锁死顶尖;

（5）啟动车床，此时芯轴随机床卡盘一起旋转，车削加工芯轴外圆，保证其外圆与薄壁工件内孔有0.02mm的间隙，表面粗糙度要和零件表面粗糙度保持一致。

通过以上加工方法加工的芯轴工装与机床加工的孔有很好的同轴度（同轴度可以做到0.02以内），从而能满足工件0.04mm同轴度的要求。

配芯轴车外圆法：夹持棒料一端，（1）粗车、半精车内孔、外圆并留加工余量。（2）将内孔加工至尺寸。（3）将压入顶尖的芯轴塞入内孔;然后加工外圆至尺寸，如图7所示。

3.2工艺流程设计

针对该工件特点及以上工艺难点，联系车间工艺装备情况并结合对这类工件的加工经验，制定以下工艺流程见表1。

配芯轴车外圆法优点：解决上述三种实验方法存在的工件振动、让刀、工件易变形等缺陷。芯轴制作简单，提高加工效率[3]。

加工时注意事项：加工前需将机床调整至最佳状态，保证充分冷却。

4结论

本文阐述的配芯轴车外圆法能满足图纸技术要求。通过实践证明，采用合适的装夹方式、选择合理的刀具角度和切削用量、机床调整、足够的冷却润滑等措施，可以保证薄壁件的加工质量达到设计要求。

参考文献

[1] 韦彦成.金属切削机床构造与设计[M].北京：国防工业出版社，1991.

[2] 陆剑中，孙家宁.金属切削原理与刀具[M].北京：机械工业出版社，1990.

[3] 张云电.薄壁缸生产技术[M].北京：国防工业出版社，2001.

收稿日期：2020-01-15

作者简介：滕振楠（1994—），男，河北秦皇岛人，本科，工程师，研究方向：机械设计及其自动化。