薄壁壳体车削加工技术

■中国工程物理研究院机械制造与工艺研究所 （四川绵阳 621900） 王俊峰 李 凯 冯 婧

薄壁壳体车削加工技术

■中国工程物理研究院机械制造与工艺研究所 （四川绵阳 621900） 王俊峰 李 凯 冯 婧

摘要：本文针对薄壁零件的加工，详细分析了薄壁回转腔体的结构特征和加工难点，通过制定合理的工艺路线及加工装夹方案，优化切削参数及刀具切削路线，有效解决了工件的变形问题，保证了零件的形状精度和位置精度。用此装夹方法定位精度高，稳定可靠，可提高零件的合格率，对提高产品质量有很大的推广意义。

1. 零件分析

壳体零件为回转体零件，其结构如图1所示，材料为2A12，该零件为薄壁件，大外圆最大壁厚为2mm，刚性较差。在加工过程中如果装夹不当，在夹紧力作用下工件容易产生变形，从而影响工件的尺寸精度和形状精度；加工中产生的切削热会引起工件热变形，从而使工件尺寸难以控制；此外在切削力的作用下，加工时容易产生振动和变形，影响工件的尺寸精度、形状精度、位置精度和表面粗糙度。

图1　壳体零件

由图1可知，该零件几何精度要求很高，左端小端面、内孔φ15mm小台阶面及R170m外圆对φ10mm内孔的跳动为0.002mm，是加工中需要重点控制的要素。

2. 零件加工工艺

由于该壳体零件精度要求较高，且为薄壁件，必须采用粗车、半精车及精车的加工方式，并在加工过程中进行热处理工序，去除工件内应力。加工时根据零件特征及精度要求，首选高精度数控车床进行精加工。具体车削精加工步骤如下：①精加工φ46mm、φ15mm内孔，半精加工φ10mm内孔，留适当精加工余量，φ15mm台阶面留适当精加工余量。②半精加工R170mm外圆，留适当精加工余量。③调头半精加工小端端面、φ17mm外圆及大端面。④精加工φ10mm内孔及φ15mm小台阶面。⑤精加工外形达尺寸要求。

3. 车削精加工工装设计

工件为薄壁件，其材料2A12加工时受温度影响较大，用常规方法（如自定心卡盘、心轴等）装夹容易导致工件变形，装夹及加工不便，精度无法得到保证。由于真空吸具装夹受力小，装夹精度高，装卸方便，最终采用真空吸具进行装夹。为此设计专用吸具工装，如图2所示。

图2　吸具工装

为了保证工件在吸具上装夹牢靠，吸具工装必需有足够大的空腔，所以在工装轴向和径向均打通孔，轴向做两组端面槽，径向预留单边3mm的空腔；零件装

夹后以工装φ46mm外圆及其左端面定位，其中φ46mm外圆与零件内孔配车，配合间隙控制在0.005mm以内，以保证重复装夹定位准确和便于找正（见图3）。

4. 车削精加工刀具设计

由图1可知零件几何精度要求极高，其中左端小端面、内孔φ15mm小台阶面及R170mm外圆相对φ10mm内孔的跳动为0.002mm，且φ15mm内孔小台阶面与外圆及小端端面看似只有经过二次装夹才能进行加工，但如果二次装夹则很难保证加工精度达到要求，一次装夹加工又没有合适的加工刀具来加工φ15mm内孔小台阶面。经过分析，只有在一次装夹下加工φ10mm内孔及所有外形，并设计专用反镗刀加工φ15mm内孔小台阶面，才是最合理的选择。

根据零件材料及特征，设计专用反镗刀进行加工内孔φ15mm小台阶面。设计刀具如图4所示。

刀具设计既要保证加工时不干涉，排屑顺利，又要保证刀具锋利，同时有足够的刚性，以满足加工后的精度要求。加工时刀具要经φ10mm内孔进入φ15mm内孔反向镗削φ15mm小台阶面，为保证加工时刀具与工件不干涉，又不失刀具刚性，刀头最大尺寸为8.5mm（小于内孔10mm），刀背距刀尖中心高4mm，刀肩宽5mm；小台阶面单边深度2.5mm，所以设计刀具刃长3mm，保证加工时不干涉。刀具主偏角93°、刀尖角35°、前角10°、后角7°及刀尖圆弧半径R0.2mm，保证刀具足够锋利，加工时排屑顺畅，切削抗力小、无振动，使工件具有良好的表面粗糙度（见图5）。

图3　吸具工装及装配实体半剖图

图4　反镗刀

图5

5. 注意事项

（1）选择前角大、刀尖半径小、较锋利的刀具及合理的切削用量进行精加工。

（2）精车φ46mm内孔时要保证零件尺寸一致性，以保证工件调头加工时与吸具配合间隙的一致性，以便于定位及装夹找正。

（3）吸具吸力调整适当，既保证工件装夹牢靠，又不致工件变形。

（4）在精加工φ15mm内孔小台阶面时留精加工余量，上吸具装夹后再用反镗刀精加工，选用合理的切削用量，可保证跳动要求，加工后经计量，跳动达到0.001mm。

6. 结语

此零件壁薄、刚性差且精度要求极高，这些都无疑加大了零件加工难度与制造成本，经过合理选择装夹方法，设计专用的吸具工装及加工刀具，最终保证了产品质量。

参考文献：

[1] 陈宏钧，马素敏. 车工操作技能手册[M]. 北京：北京机械出版社，1998.

[2] 杨伟群. 数控工艺培训教程[M].北京：清华大学出版社，2006.

[3] 徐宏伟. 数控加工工艺[M]. 北京：化学工业出版社，2008.

[4] 刘力. 机械制图[M]. 北京：高等教育出版社，2004.

收稿日期：（20141026）