高精度圓環(huán)薄壁型金屬零件加工方法介紹

機(jī)械制造行業(yè)中，經(jīng)常遇到圓環(huán)薄壁型金屬零件，此類零件壁厚很薄(2?8mm)、尺寸精度和表面質(zhì)量要求高、外徑尺寸較大(300?800mm)、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、剛性差，裝夾起來非常不便，極易弄傷零件表面，因此，制造難度很大，一次制造合格率很低，即使采用先進(jìn)的數(shù)控車床等設(shè)備，在使用數(shù)控車床加工時(shí)容易引起產(chǎn)品總成變形從而影響精度。為此，對國內(nèi)外現(xiàn)有的加工方法進(jìn)行舉例分析，并提出一種簡便易行、成本低廉的加工方法。國內(nèi)外現(xiàn)有的加工方法與不足國內(nèi)的加工方法與不足如加工一種圓環(huán)薄壁型零件，其外圓公差0.06mm，同軸度要求0.1mm,零件最薄處壁厚僅2.25mm，外圓尺寸達(dá)500mm，外圓表面上還有多處斜槽，國內(nèi)常見的加工方法是：數(shù)控車床三爪卡盤裝夾并進(jìn)行校正，然后分別精車外圓和內(nèi)孔；但精車外圓和內(nèi)孔時(shí)，工件因材料內(nèi)應(yīng)力變化而容易產(chǎn)生變形，產(chǎn)品的最終尺寸出現(xiàn)不同程度的變化而導(dǎo)致超差，卻又無法返修，超差較多的只能直接報(bào)廢。另外，加工外圓和內(nèi)孔后，還需要使用加工中心來加工斜槽和側(cè)孔，此時(shí)，產(chǎn)品外形已經(jīng)精加工到位，外圓面不能過度受力，不能使用軟爪校正，任何的夾緊力對于薄壁件來說都有可能使其變形。因此，現(xiàn)有的加工方法既對于加工者的操作經(jīng)驗(yàn)要求很高，同時(shí)，加工成品率又較低，導(dǎo)致要么產(chǎn)品產(chǎn)量上不去，要么因關(guān)鍵零件無法加工而不能制造整機(jī)部件或成套設(shè)備。國外的加工方法與不足國外目前的做法有的是通過提高原材料質(zhì)量，包括鍛造、熱處理等性能參數(shù)，從而改善材料穩(wěn)定性，降低加工變形性；或通過增加零件的加工工序，即先保證外圓和內(nèi)孔的尺寸精度基本到位后，然后加工其他槽、孔等局部結(jié)構(gòu)，最后通過修正表面質(zhì)量使尺寸和表面質(zhì)量符合要求。但上述做法都會(huì)明顯增加零件的制造成本和制造周期，直接導(dǎo)致零件或所應(yīng)用的整機(jī)價(jià)格上升，產(chǎn)品的性價(jià)比下降。一種新型加工方法作者所在團(tuán)隊(duì)經(jīng)過長期的經(jīng)驗(yàn)積累和技術(shù)攻關(guān)，在不增加其他專用加工設(shè)備的前提下，充分利用數(shù)控車床、加工中心等自動(dòng)化加工裝置，應(yīng)用專門設(shè)計(jì)的三個(gè)工裝，即可以精確加工圓環(huán)薄壁型關(guān)鍵金屬零件。具體方法是：在現(xiàn)有使用數(shù)控車床加工的方法上，設(shè)計(jì)出三套工裝，分別是一套漲套內(nèi)孔工裝配合精加工外圓，一套包夾外圓工裝配合精加工內(nèi)孔，一套加工槽的工裝，以圖1中的工件為例，其加工工藝步驟是：（1）使用數(shù)控車床半精加工，工件的外圓和內(nèi)孔留有余量；（2）上漲套內(nèi)孔工裝精加工外圓：漲套內(nèi)孔工裝的漲套外圓尺寸與半精加工后的工件內(nèi)孔尺寸是配合尺寸，且漲套是開口的，漲套內(nèi)孔工裝放進(jìn)工件內(nèi)孔之后，通過漲套內(nèi)孔工裝上的螺母擠壓使得漲套膨脹，從而起到漲緊作用，然后精加工外圓；（3）上包夾外圓工裝精加工內(nèi)孔：該工裝的套管均分為三部分，每部分分別通過卡盤軟爪固定在卡盤上套管的內(nèi)孔尺寸與工件的外圓尺寸是配合尺寸，在工裝松弛狀態(tài)下，將工件裝夾在套管內(nèi)，緊固卡盤軟爪，包緊工件，然后精加工內(nèi)孔；（4）上加工槽的工裝：該工裝的定位板和支撐件支撐工件，定位板上設(shè)有螺栓孔，通過內(nèi)六角螺柱將工件的中部夾緊固定，支撐件對工件的端部進(jìn)行支撐，該工裝確定加工槽的位置是通過定位板來完成，定位板上設(shè)有若干定位孔，定位板前還設(shè)有與其垂直的定位銷，定位孔的精度與定位銷相配，定位板配合定位銷每旋轉(zhuǎn)一個(gè)孔的角度，便可以確定一個(gè)槽的加工位置，進(jìn)而對薄壁工件進(jìn)行槽的加工。如圖2所示。圖2加工腰形槽和側(cè)孔示意圖應(yīng)用效果通過在實(shí)際制造中應(yīng)用此方法，有效解決了廣泛的圓環(huán)薄壁類金屬零件的加工難題，降低了對加工者經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)的要求，并大幅提高了加工精度和成品率（外圓公差由原來的0.15提高到0.05、成品率由60%提高到90%）。與國內(nèi)外現(xiàn)有技術(shù)相比，沒有通過另購專用大型高精度設(shè)備或另設(shè)計(jì)制造復(fù)雜工裝來實(shí)現(xiàn)該類零件的精密加工，也不像傳統(tǒng)加工方法那樣對加工操作人員的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)要求很高，只需應(yīng)用簡單的幾套工裝和加工工序即可，成本低、便于實(shí)施和推廣。4結(jié)束語高精度圓環(huán)薄壁型金屬零件使用范圍非常廣，從通用機(jī)械到專用機(jī)械再到特種機(jī)械，從零件到部件再到成套設(shè)備，這類零件尺寸和形狀精度要求高、表面質(zhì)量要求高、壁厚又很薄，加工難度非常大，產(chǎn)品的一次制造合格率很低，直接影響整機(jī)設(shè)備的生產(chǎn)效率和交貨期；如果為此而進(jìn)口專門的高精度高性能加工設(shè)備則將耗費(fèi)更多的資金，并因此提高產(chǎn)品的制造成本和銷售價(jià)格，導(dǎo)致