薄壁螺紋零件的滾壓加工工藝

　　薄壁螺紋零件的滾壓加工工藝【1】

　　[摘 要]薄壁螺紋零件由于工件壁較薄，在夾緊力的作用下容易產生變形，在切削力的作用下，也容易產生振動和變形，影響工件的尺寸精度、表面粗糙度、形狀精度和位置精度，利用常規的車削加工非常困難。

　　本文主要講述了薄壁螺紋零件的滾壓加工的原理，通過案例具體闡述加工工藝和方法，提出相關建議，對薄壁螺紋零件的滾壓加工具有指導意義。

　　[關鍵詞]薄壁螺紋 滾壓加工 工藝

　　目前，螺紋管的成型一般是機械方法成型。

　　通常的方法有絞紋法、滾壓成型法、軋制法、擠壓法等。

　　上述方法適于加工大直徑壁厚的螺紋管， 但對于加工薄壁不銹鋼螺紋管， 不但制造小尺寸的加工工具有困難， 而且成品加工精度也不易保證。

　　1 滾壓加工簡介

　　1.1 加工原理

　　滾壓加工是一種無排屑的加工方法，通過滾動軋入到工件表面的金屬，改變表面形狀和提高表面強度的一個冷加工方式。

　　用于加工螺紋滾壓工具是通過滾動擠壓，由輥軋工具的工作部分軋入工件材料，發生塑性變形便于形成螺紋。

　　滾壓加工是應用一個帶螺紋刀的螺紋頭，可在工件表面以一定的壓力在加工工件上做相對運動，使該零件的金屬表面發生塑性變形，加工出圓柱，圓錐狀的溝槽和其它表面形狀。

　　通過相關實驗分析，輥螺紋刀對管壁材進行輥壓時，工件受力點的金屬發生晶格變細和纖維形狀延伸，表面纖維雖受擠壓，但是沒有被切斷，使金屬表面層的結構和性能發生變化。

　　通過軋輥表面，粗糙度降低，其精度，抗疲勞強度，耐蝕性都具有明顯提高。

　　滾絲輪螺紋升角與工件的上升角度一致，但螺紋方向相反。

　　在螺距相同的情況下，不同規格的螺紋具有相同的基本牙型，不同是螺紋升角，直徑，中徑、外徑和內徑，所以只要使得滾絲輪上螺紋升角和工件螺紋升角完全一樣，即可得到我們所需的螺紋。

　　1.2 工藝難點

　　(1)如何將滾壓頭正確安裝在車床上。

　　(2)準確找正滾壓前滾壓頭的中心。

　　(3)需調整好滾壓頭的頂開距離，因為很短的退刀槽容易造成撞車現象。

　　2 滾壓加工工藝分析

　　2.1 案例1分析

　　圖1所示零件是常見的柴油機上的定位螺套，是一種常見的滾壓超薄壁零件，工藝采用先加工螺紋后加工內孔，在滾壓螺紋時，必須注意內孔變形而引起的螺紋中徑變形，同時滿足條件零件體內的滾壓應力小于或者等于材料的屈服極限。

　　因此在滾絲機上加工螺紋時，增加一滾壓心棒，其結構如圖2所示。

　　手工將零件裝進心棒，在不能松動的條件下開始滾壓。

　　在進行滾壓的時候，應用支片支架頂住零件使其不發生松動的問題。

　　滾壓后將壓套裝入心棒，將手柄螺母擰緊，利用螺母的作用把零件取出心棒。

　　零件和心棒之間的間隙緣故，零件在滾壓時，零件內孔將產生變形。

　　因此在進行滾壓薄壁空心螺紋零件時，一般正常滾壓的零件毛坯需比滾壓前的毛坯直徑要小0.02mm。

　　明顯看出采用滾壓法加工，不僅提高加工工效，還可以保證零件的精度。

　　2.2 案例2分析

　　如圖3所示，就是結構簡單一個套類零件，由于上面的螺紋致使加工了不能滿足要求，通過工件的裝夾、刀具幾何參數選取、程序的編制等多方面進行改進，尋找出一種方便易操作的加工方法，有效提高零件的精度和加工效率，保證產品的質量。

　　(1)主要因為是薄壁零件 ，所以主要解決受力、受熱、振動時的變形問題，既要考慮裝夾方便、可靠，還需考慮如何保證工件在加工時的定位精度，由于零件較薄，剛性不足，容易引起晃動。

　　(2)螺紋加工部分厚度只有 1.8mm，精度要求較高。

　　目前市面上的數控系統螺紋編程指令有G32、G92、G76等。

　　從以上對比可以看出，只簡單利用一個指令進行車削螺紋是不夠完善的，先用G76進行螺紋粗加工 ，再用 G92進精加工 ，在薄壁螺紋加工中，既可以避免因切削量大而產生薄壁變形，又能夠保證螺紋加工的精度。

　　用聯結工裝將滾壓頭和機床尾座連接起來，保證工裝滑動自由、無卡澀現象，且保證滾壓頭的軸線和機床的中心線的同軸度在0.10mm之內， 然后在機床上裝夾一較細的圓棒，手搖尾座向前移動，用細圓棒頂開止動螺釘，檢驗頂開長度和螺紋長度是否一致，防止頂開長度過長導致滾壓頭和機床卡盤相撞，造成滾壓頭的損壞。

　　可以根據需加工的螺栓的規格。

　　按螺栓中徑尺寸試加工，滾壓前在零件和滾輪上澆涂冷卻液，冷卻液一般采用1∶10乳化液、極壓填加劑或稀釋切削油，然后開始試滾壓，接著用符合要求的環規檢測檢測中徑、大徑和環規通、止是否合格。

　　若不達標，可適當調下滾壓頭刻度，調好緊固后再次進行滾壓;或微調車削螺栓中徑尺寸重新滾壓，一直到符合所需螺紋尺寸的要求。

　　同時模具選取也很重要，薄壁件的螺紋滾壓加工是在外力作用下的旋、擠、拉延成型，變形機理復雜。

　　模具的選材一般要求具有足夠的強度和韌性，淬硬性好，表面具有高的硬度和耐磨性，工藝性好，淬火變形小，過熱、脫碳、開裂等敏感性小。

　　參考文獻

　　[1] 魏軍.金屬擠壓機[M].北京：化學工業出版社，2005.

　　[2] 北京第一通用機械廠.機械工人切削手冊[M].北京：機械工業出版社，1992.

　　薄壁零件的數控車削加工工藝【2】

　　摘 要：薄壁零件的高效精密的數控加工技術是當代高新技術產業的基礎，是制造業在核心技術競爭力方面的代表，也是體現國家的制造技術水平先進與否的一個標志。

　　薄壁零件在現代工業的各個領域都有應用，如汽車制造業、軍事工業等。

　　不可否認在薄壁零件加工中是存在一定問題，常常會出現不合格的零件，造成浪費。

　　所以我們有必要通過對薄壁零件加工工藝問題的分析研究，優化薄壁零件制造加工措施，進而解決薄壁零件加工中所存在的問題，保證薄壁零件的精度和質量，提高所制造加工零件的合格率。

　　關鍵詞：薄壁零件 車削加工 車工夾具

　　引言

　　薄壁零件因它具有重量輕，節約材料， 結構緊湊等特點而廣泛應用于產品生產中。

　　但薄壁零件的加工特別是在車削加工過程中，由于薄壁零件剛性原因，如果不采取措施，常常會因為夾緊力、車削力、車削熱、內應力、振動與變形等，使工件產生較大的變形，導致零件的加工質量難以保證。

　　我校在滿足正常專業技能教學的前提下，積極進行產教結合，讓學生參與產教結合工作，既提高了教師的能力水平，也鍛煉了學生，使教師和學生在實際生產中不斷提高技能，同時也減少了實習教學消耗。

　　薄壁零件(如圖1) ，是我校外加工產品中的一種零件，它生產批量較大，為了提高產品的合格率和加工效率，便利用數控車床進行加工，并進行夾具的改裝，從而解決了薄壁零件剛性差，強度弱的問題，有效地克服薄壁零件加工過程中出現的變形，并提高了零件的加工精度，保證了產品的質量。

　　一、影響薄壁零件加工精度因素分析

　　影響薄壁零件加工精度的因素是多方面的，機床"刀具"工件以及工件的裝夾"切削過程的切削力"切削熱等都會引起零件的加工誤差。

　　具體因素分析見圖2所示。圖1

　　圖 2 影響薄壁零件加工精度因素

　　二、制定加工工藝方案

　　1.機床的選擇。

　　根據零件的材料及零件的形狀和精度要求，選用CAK6150Di FANUC Oi mate TC的數控車床。

　　2.裝夾方法改進。

　　依據零件的結構特點、質量要求，在零件左邊預留工藝法蘭，法蘭內孔加工內螺紋。

　　加工工件內孔采用自定心三爪卡盤定位夾緊;加工工件外圓利用芯軸、壓螺，采用一夾一頂裝夾方式。

　　3.刀具的選擇。

　　對于不銹鋼材料薄壁零件而言，刀具的選擇相當重要。

　　刀具的優化選擇，可以從刀具的材料和幾何結構方面進行考慮。

　　對于該零件采用材料為YW2。

　　硬質合金的刀片。

　　這種材料的刀具在加工1Cr18Ni9Ti不銹鋼時具有耐磨、抗粘結性好的優點。

　　4.切削用量的選擇。

　　加工薄壁零件，如果切削用量選擇不合理，很容易產生表面應力，影響工件表面質量，而且還會影響切削力、產生大量切削熱，增大工件的變形程度，所以切削用量的選擇至關重要。

　　對于該零件，鏜內孔和車外圓時取線速度為120～150m/mim;粗加工進給速度取0.2～0.3mm/r，精加工進給速度取0.05 mm/r;粗加工背吃刀量取1～2mm，精加工背吃刀量取 0.2～0.5mm。

　　三、薄壁零件車削加工工藝工序分析

　　1.保證薄壁類零件各工序加工質量的關鍵是必須要制定合理工藝工序路線，應重點分析薄壁類零件變形規律，研究和掌握其變形規律，注重防止和解決工藝工序中的變形問題;應根據零件的技術要求與加工時的受力情況來選擇合理的定位基準，零件的定位面和定位元件之間的接觸應緊密貼合，否則難以避免零件在加工中的振動變形，進而影響加工精度。

　　2.選擇合理的工藝工序路線方法是：正確選擇零件和夾具的定位基準和夾緊方式，應使前后工序定位基準的協調一致;合理分配加工余量，必要時應提高定位基準的尺寸和形狀公差精度;對于同一零件不同加工部位的精加工工序，應視具體情況確定最優加工順序。

　　3.在考慮工序編程時應增加切削工序以逐步修正由于材料去除所引起的工件變形。

　　對于結構剛性較好的軸類零件，由于因去除多余材料而產生變形的問題不嚴重，一般只安排粗車和精車兩道工序。

　　但對于薄壁類零件至少要安排粗車-半精車-精車甚至要更多的工序在半精車工序中修正因粗車引起的工件變形，如果還不能消除工件變形，要根據具體變形情況適當再增加切削工序。

　　4.加工薄壁結構件的工序安排，薄壁類零件的加工要經過內外表而的粗加工、半精加工、精加工等多道工序，工序間的順序安排對工件變形量的影響較大，一般應作如下考慮：一是粗加工時優先考慮去除余量較大的部位。

　　因為余量去除大，工件的變形量就大，兩者成正比。

　　如果工件外圓和內孔需切除的余量相同，則首先進行內孔粗加工，因為先去除外表面余量時工件剛性降低較大，而在內孔加工時，排屑較困難，使切削熱和切削力增加，兩方面的因素會使工件變形擴大。

　　二是精加工時優先加工精度等級低的表面(雖然精加工切削余量小，但也會引起被切削工件微小變形)，然后再加工精度等級高的表面(精加工可以再次修正被切削工件的微小變形量)。

　　四、夾具的設計

　　如圖 3 所示，該夾具采用由彈性心軸、錐度拉桿組成的脹套結構。

　　使用時，先固定彈性心軸在車床的卡盤上，然后再將錐度拉桿安裝在彈性心軸中并通過螺紋聯接車床的液壓系統。

　　工作時，錐度拉桿沿軸向移動的，彈性心軸同時將會產生徑向的脹開或收縮，但又受到零件內孔尺寸的限制，故可避免心軸因脹開而開裂，同時又實現對工件的夾緊。

　　對夾具結構說明：

　　1.件1為彈性心軸，材料為18CrMnTi，熱處理硬度為HRC43-48。

　　右端被夾持直徑為40mm，可用來夾持工件的內孔直徑范圍為30-42mm;剛好與工件上的Φ40 孔對應配合，使工件在夾具中定位及傳遞切削力。

　　錐孔與導向孔須在一次裝夾中磨出，錐孔必須用標準錐度棒配磨，其接觸印痕應≥80%。

　　2.件2為錐度拉桿，材料為18CrMnTi，大端直徑為30毫米，錐度1：10，剛好與彈性心軸上的Φ30孔對應配合;圖 3

　　五、結語

　　本文介紹薄壁零件常見種類，分析了薄壁零件在加工中較易出現的一些問題并提出了相應解決方法，希望在實際生產加工過程中能有一定的借鑒性。

　　另外對薄壁零件高精度、高效率加工的幾種新型方法作了簡單的闡述，雖然這些技術在國內加工水平還不夠成熟，但只要我們緊跟世界各種先進切削技術發展步伐，加強對薄壁零件加工方法及工藝技術的研究，肯定會縮小與發達國家的制造能力上的差距，使各種先進制造技術得以推廣發展。

　　參考文獻

　　[1]盧培文，諶斌龍，薛峰.芯軸的數控車削工藝設計[J].機床與液壓，2012，40

　　[2]汪小平.薄壁套筒零件的加工工藝分析[J].四川文理學院學報：教育教學研究專輯，2008，18

　　[3]李華志.數控加工工藝學.科學出版社; 第1版 (2013年11月1日)

　　薄壁零件的機械加工工藝【3】

　　摘 要：隨著時代的進步與發展，薄壁零件因其較為節約材料和較輕的質量，已經逐漸被各個工業生產企業所廣泛應用。

　　但薄壁零件的剛度較低，在加工過程中很容易發生形變，尤其是當對零件的各方面精度要求較高時，裝夾力、道具和切削量中只要有一者的選擇稍微失當，就會造成工件振顫，從而降低加工零件的精度，使最終成品不能滿足加工要求[1]。

　　針對這種情況，本文對薄壁零件的機械加工工藝進行了一些探索，希望可以對薄壁零件機械加工工藝水平的提高起到一定的幫助。

　　關鍵詞：薄壁零件;機械加工工藝;探索

　　0 引言

　　如今，薄壁零件的加工問題已經逐漸引起了相關領域的重視。

　　薄壁零件的剛度、強度都較低，很容易在加工的過程中產生形變，從而產生質量問題。

　　薄壁零件主要是指薄壁非管件，其含有盤類、套類以及其他不規則種類的薄壁零件，其造價較低、結構簡單，為廣大使用者所青睞[2]。

　　但其又十分脆弱，在加工中，只要裝夾力、道具以及切削量等其中的一環存在問題，就會對其精確度造成較大的影響。

　　因此，如何有效提高薄壁零件加工過程中的精度是當前工業相關領域亟需解決的問題。

　　1 對薄壁零件機械加工精度造成影響的因素

　　所謂的機械加工精度，就是指設計中理想狀態下加工后零件所具備的幾何參數(主要是指尺寸與形狀等)與實際加工出來零件所具有幾何參數的誤差大小。

　　在機械加工中，零件加工精度主要由加工零件與道具在加工過程中的位置關系來決定。

　　在加工的過程中，加工系統可能會出現各種類型的誤差，從而對薄壁零件的加工精度造成影響，具體來說主要有以下幾個方面的因素：

　�、贆C床的幾何精度與剛性;

　　②刀具的品質好壞;

　　③夾具體的幾何結構與受力和對零件的裝夾方式;

　　④刀具的受力與形變：

　�、萘慵�的形變;

　　⑥切削液的種類。

　　在具體的加工過程中，導致薄壁零件產生形變的主要原因有以下幾點：

　�、俸附釉斐傻挠绊憽�

　　薄壁零件很大一部分都是鋼板焊接件，還有一部分鋁質零件，在焊接過程中，很可能存在沒有完全消除焊接應力的情況，導致在后續的程序中這些應力得到釋放，從而造成零件的形變。

　�、谘b夾造成的變形。

　　在對薄壁零件進行機械加工的過程中，存有多道加工程序，而在每一道程序進行時都會對零件進行裝夾，若是裝夾方式不合理，從而對零件產生計劃之外的應力，就會使零件發生形變。

　　裝夾方式不合理導致的零件形變是薄壁零件產生形變的主要影響因素。

　�、鄣毒呒庸ぴ斐傻男巫�。

　　在機械加工的過程中，刀具對零件進行切割時會產生應力，若是應力超出允許范圍，則會使零件產生形變，對零件的力學性能造成影響。

　�、芷渌�因素造成的變形。

　　在薄壁零件生產出來之后，許多單位要對其進行出廠前測試，這種壓力測試也是導致其產生形變的原因之一。

　　2 保證薄壁零件機械加工精度的措施

　　2.1 對薄壁零件的剛度進行提升

　　在對薄壁零件進行機械加工時，對零件與工件的剛度進行提升是極為重要的。

　　提高加工件與機械之間的接觸剛度，比如增大二者之間的接觸面積，可以有效減少加工時零件的形變;也可以對薄壁零件的工藝剛度進行提升，比如在零件之間預加載荷，從而對配合間隙與局部產生的預變形加以消除[3]。

　　此外還可以利用彈性模量較大的材料來對接觸面的硬度進行提升，從而使加工件的工藝剛度得到有效提高。

　　2.2 設計科學合理的加工夾具和裝夾方法

　　圖1為套類的薄壁零件，其結構相對簡單，內外圓直徑的差別非常小，因此其強度很低，若是裝夾時對其造成的裝夾力過大，則會導致其形變的產生，從而使最終成品存在誤差;而若是對其裝夾過松，則會導致切削過程中因其自身的松動而報廢。

　　所以說，我們可以在對零件進行粗加工時裝夾得緊一些，在精加工時對其裝夾力度稍小一些，從而最大程度上減小其形變程度。

　　此外，還可以采用更合適的夾具來對零件進行裝夾，增大夾具與加工件之間的受力面積，從而減小零件的形變程度，比如可以使用開縫套筒或者扇形軟卡抓來對零件進行裝夾，其對零件造成的影響較小。

　　我們也可以對裝夾力的作用點進行轉移，比如圖1中的薄壁零件可以用圖2中的夾具來進行加工。

　　其具體原理就是將徑向裝夾改為軸向裝夾后，軸向裝夾的應力更小，零件產生的形變也就越小，對零件的加工極為有利。

　　2.3 減少切削熱對加工精度造成的影響

　　在對薄壁零件進行機械加工時，道具與零件接觸會產生大量的摩擦熱，溫度急劇上升會使零件產生熱形變，從而對零件的最終品質造成影響。

　　切削熱可以用下面的公式來表示：

　　Q=Q變+Q摩=Q屑+Q工+Q具+Q介

　　其中，Q是切削過程所造成的總熱量;

　　Q變是切削時產生形變的功所產生的熱量;

　　Q摩是摩擦產生的熱量;

　　Q屑、Q工、Q具、Q介則分別為切屑、工件、刀具和介質所產生的熱量，其中刀具所產生的熱量最多，約占總熱量的五成到八成。

　　2.4 合理選擇刀具的幾何角度、切割用量以及切削液

　　在機械切削加工的過程中，徑向切削力是造成零件形變的主要因素。

　　在加工過程中零件所受徑向切削力的大小跟所用的刀具和切削用量等有著直接的關系。

　　刀具前角的大小決定了刀具的鋒利度與切削的形變程度。

　　前角大的話，相對的切削形變和摩擦力就會變小，但前角過大會導致刀具楔角過小，從而導致刀具的強度較低，損壞較快。

　　切削力還在一定程度上受到切削用量的影響。

　　對此，我們可以在對薄壁零件進行粗加工時，選取大一些的背吃刀量和進給量;在進行薄壁零件的精加工時，選取小一些的;精車過程中最好采用較高的切削速度，但不宜過高。

　　對這些要素進行合理的控制就能對切削力進行控制，從而保證薄壁零件的形變量較少，進而對薄壁零件的加工精度做出保證。

　　切削液在切削過程中有著極為重要的作用，其主要表現在以下幾點。

　�、贊櫥�。

　　切削液在切削過程中可以對刀具與加工零件表面的摩擦力進行削減，從而減少切削力、摩擦等造成的零件損傷，對零件的加工性能進行改善。

　　②冷卻。

　　切削液在加工零件發熱時會發生汽化，從而帶走零件與刀具上的部分熱量，減少零件與刀具因熱而產生的形變，保證薄壁零件的精度和刀具切割的準確性。

　�、矍逑�。

　　切削液可以對其接觸到的加工部件和被加工零件進行較好的清洗作用，祛除切割過程中產生的粉末、油污等，防止因機床的污濁而對零件造成不良影響。

　　3 結束語

　　總而言之，在對進行薄壁零件進行機械加工過程中，要注意機械加工工藝的合理使用，從而保證薄壁零件的高精確性。

　　相關工作人員要加緊對于薄壁零件機械加工工藝的探索，對其進行不斷的完善與創新，保證機械加工與制造行業的整體良性發展。

　　參 考 文 獻

　　[1] 汪通悅.薄壁零件銑削穩定性數值仿真及實驗研究[D].南京航空航天大學，2010.

　　[2] 羅躍.難加工材料薄壁零件的振動切削技術研究[D].四川大學，2004.

　　[3] 劉濱.薄壁類零件機械加工工藝研究[J].機械工程師，2014，11：242-243.

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