超薄壁、大尺寸零件变形控制方法

超薄壁、大尺寸零件变形控制方法

郭勇良 李兵 宋燕林 许军锋 任勇钢

山西航天清华装备有限责任公司

内容提要 ：零件大部分厚度仅为2mm,大端直径达到了590mm，零件的材料为Q345A锻件，材料性能偏软，尺寸及形位公差难控制，且极易变形。通过不断试验，使该零件能够顺利进行加工。

关键词：超薄壁 变形 工装 刚性差

1、引言：

薄壁零件的加工是车削中比较棘手的问题，原因是薄壁零件刚性差，强度弱，在加工过程中极易变形，使零件的形位误差增大，不易保证零件的加工质量。本文从加工工艺、设计一系列防变形工装、刀具加工轨迹优化等方面入手，有效克服了薄壁零件加工过程中出现的变形，保证了加工精度，且加工质量稳定。

2、论述：

2.1、典型案例：

某超薄壁、大尺寸零件如下图所示。材料Q345A锻件，零件大部分厚度仅为2mm,大端直径达到了590mm，要求表面粗糙度全部为Ra1.6mm。`

2.2、加工该零件存在的问题：

1）、零件的材料为Q345A锻件，材料性能偏软，尺寸及形位公差难控制，且极易夹伤工件；

2）、材料去除率在80%以上，加工应力难以控制,变形量大；

3）、加工M320X4内螺纹时由于零件刚性差，按照常规加工方法，螺纹会发生严重“打花”现象；

4）、用常规外切刀加工Φ551.5X25外槽时，零件变形严重；

5)、零件受夹紧力的影响变形严重，装夹找正难度大；

3、改进后技术思路：

3.1 工艺路线改进：增加时效处理，以减少内应力。具体加工路线为：粗加工—半精车内外圆—第一次时效—第二次半精车内外圆—第二次时效—第一次精修基准带—精车左端内螺纹—第二次精修基准带—精车右端内孔—精车外圆。

3.2 机床的选择：选用前置平床身数控车床，使用胶木中心架。

3.3 内孔加工刀具的选择：大锥内孔选用山特维克减振刀，刀杆牌号为：570-3C 60 808-40 三特。安装示意图如下图所示。

3.4 设计制作的部分专用工装：

这些工装的主要特点是：大幅度增加了装夹的接触面积，靠摩擦力、螺纹传动等原理使零件在装夹和加工过程中径向受力降到最低。

3.5 加工Φ551.5X25外槽：选用两把35度V形正、反外尖刀代替切刀完成外槽加工，且在加工过程中选用刀尖圆弧为R0.4的刀片，以减少零件受到的切削力，减少零件变形，加工轨迹如下图所示。

3.6 加工内螺纹：前段内螺纹在加工过程中以提高切削效率为主，即采用G92快速去除螺纹余量。在后端螺纹加工过程中以保证螺纹质量为主，即采用螺纹拟合法加工，使螺纹在精加工过程中永远处于单边切削，减少零件受到的切削力，达到减少变形、避免螺纹“振动”现象的发生，以下是螺纹加工程序。

O1；（内螺纹加工程序）

S50 M03 T0101; G0 Z10;

G0 X310.0 Z10.0; G0 Z-3.02;

G0 Z-3.0 G92 X[#1] Z-53.5 F4;

G92 X315.6 Z-53.5 F4; G0 Z10;

…… G0 Z-3.04;

G92 X319.2 Z-53.5 F4; G92 X[#1] Z-53.5 F4;

#1=319.0; G0 Z10;

N88 G0 Z10; G0 Z-3;

G0 Z-2.98; G92 X[#1+0.13] Z-53.5 F4;

G0 X310; G0 Z10;

G92 X[#1] Z-53.5 F4; #1=#1+0.1;

G0 Z10; IF [#1 LE 320.0] GOTO 88;

G0 Z-2.96; G0 Z100;

G92 X[#1] Z-53.5 F4; M30;

3.7 技术改进效果：

改进前后加工对比表：

4、结论：

通过以上从加工工艺、设计一系列防变形工装、刀具加工轨迹优化等方面入手，使该零件的加工合格率达到100%，加工效率提高了2倍左右，产品的表面质量达到Ra1.6左右，达到了产品质量要求，为相似产品的加工提供了成功范例，具有一定的借鉴作用。

参考文献：

[1]顾力平．数控机床编程与操作［M］．北京：中国劳动社会保障部出版社，2005

[2]沈建峰、虞俊．数控车工（高级）［M］．国家职业资格培训教材编审委员会

[3] 成大先．机械设计手册［M］．北京：化学工业出版社，2002