薄壁长锥筒加工工艺
欧阳玉芹
摘 要：通过分析大型薄壁筒形件的结构特点及加工难点，从基准选择、变形控制、刀具选择、工装配备等方面进行综合考虑，制定了切实可行的工艺方案，采用普通设备，加工出了高质量的工件，保证了零件加工精度要求。
关键词：薄壁；变形；精度
DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.22.029
1 概述
薄壁筒形件已广泛应用于工程机械行业中，它具有重量轻、结构紧凑、节约材料等特点。但薄壁筒形件因壁比较薄，刚性差、强度弱，在夹紧力及切削力的作用下容易产生变形和振动，零件尺寸精度难以控制，表面粗糙度不易保证，加工工艺性较差，薄壁筒形件加工中控制变形成为关键技术。大型薄壁筒形件应用并不是很广泛，但它是产品中的核心零部件，其结构更复杂，加工精度要求更高，怎样保证尺寸、精度要求尤为重要，下文就某种大型薄壁筒形件的加工进行详细分析。
该大型薄壁筒形件是某产品回转支承中的关键零部件，它的主要作用是支撑机械旋转体，降低其运动过程中的摩擦系数，并保证其回转精度[1]。该零件外形尺寸大、质量重、中间一段为薄壁，其精度要求高，加工难度大。车间只有普通车床和普通钻床，要完成该大型薄壁筒形件的加工，相当困难。因此必须综合分析零件结构及精度要求，制定可行的工艺方案，才能加工出符合图样要求的零件。
2 零件的结构分析
2.1 零件的结构
如图所示：
2.2 零件的结构特点
（1）结构形式由多个零件焊接而成，两端法兰由薄壁管状的筒形件连接，薄壁筒形件刚性较差；（2）零件外形尺寸长、外径大、质量重，零件净重为530Kg，且质量分布不均匀，两端重，中部轻；（3）两端法兰处轴承安装孔位置相距较远，两孔相距808mm，且同轴度要求高，同轴度为Φ0.04；（4）两端法兰上分布有多组孔系，总共79个孔。
2.3 零件的精度要求
2.3.1 尺寸精度要求高
（1）大法兰端内径尺寸为Φ、外径尺寸为Φ655，表面粗糙度为；
（2）小法兰端内、外径尺寸分别为Φ405、Φ533，表面粗糙度分别为、；
（3）两端法兰内端面距离为703±0.2；
（4）两端法兰外端面距离为634±0.05；
（5）大法兰端外止口尺寸为Φ625。
2.3.2 位置精度要求高
（1）大法兰端两处外止口对轴承安装内止口同轴度均为0.05；
（2）小法兰端轴承安装内止口对大端法兰内止口同轴度为0.04；
（3）大法兰内端面对大法兰外端面平行度为0.25；
（4）小法兰内端面对大法兰外端面平行度为0.12；
（5）每组孔中心对零件中心位置度为0.2。
2.3.3 形状精度要求高
（1）大法兰端内、外止口圆柱度均为0.029；
（2）小法蘭端内止口圆柱度为0.018。
3 零件的加工工艺性分析
通过分析零件结构特点和加工精度要求，零件加工主要存在以下难点：
（1）质量重且分布不均衡、外形大、刚性差、中部及轴承安装孔处壁较薄，装夹难度大，在装夹和车削过程中很容易产生变形，零件的形位误差增大，其加工质量难以保证；（2）有同轴度要求的两端法兰孔距长，车削内孔时的刀杆细而长，刚性差、强度低，容易产生振动和让刀现象，而且也容易产生锥度误差[2]。零件的粗糙度和精度受到影响，工件尺寸公差及形位公差不易保证。由于测量器具活动空间受限制，操作调整很不方便，深孔测量非常困难；（3）在切削力作用下，容易产生振动和变形，零件的尺寸、形状、位置精度和表面粗糙度难以保证，普通车床加工困难；（4）孔系多，其相对位置及形位公差要求高，普通钻床不易保证。
4 零件的工艺方案制定
针对该零件特点及工艺加工难点，结合现有生产、设备的加工能力，目前只有CQ61100普通车床和普通钻床，经过系统全面分析，制定了详细的工艺方案：
（1）根据零件结构特点，为提高加工精度和切削效率，车加工时选择以外圆为基准；（2）零件焊接后易产生焊接内应力，为保证零件的加工精度和尺寸稳定性，减少其在装夹和加工过程中的变形，需消除焊接残余应力，焊接后先对零件进行回炉去应力，再进行机械加工；（3）车加工是零件加工难度最大、最复杂的工序，针对该零件外形大、质量重、刚性差、精度高的特点，在装夹和车削加工时容易产生变形，采用先粗车后精车加工工艺顺序。装夹时，采取四爪卡盘与压板共同夹压，四爪卡盘夹持力应适当，且四块压板的压紧力应均匀、一致[2]。精车时为避免损伤已加工好的外表面，夹外圆时需垫厚铜皮。由于零件质量重且悬臂长，在切削力作用下防止工件产生振动和变形，采用中心架来支承零件悬臂端的法兰外圆，这样保证零件加工时的刚度；（4）为了保证零件大小端法兰内两处轴承孔的尺寸公差、形位公差及表面粗糙度的要求，在装夹方式不变的条件下，采取大长镗杆一次镗出两孔。同时考虑到小端法兰内止口Φ405孔太深，不方便测量的因素，将大法兰端的Φ425内孔作为对刀孔，先预镗至Φ405，再以此孔对刀精镗出小法兰端的Φ405孔；（5）零件孔系很多，位置度要求均较高，如果按划线的方法来加工，容易产生人为误差，精度不能保证。需设计多副钻模加工多组孔系，这样不仅能提高生产效率还能有效的保证和满足图纸要求。
5 零件工艺装备配备
通过对零件结构特点及加工工艺性分析，由于零件质量重、壁较薄且刚性差，用常规方法装夹及车削加工，将会受到轴向切削力和热变形影响[3]，图样要求无法保证。根据车间设备的实际情况，结合现有辅具，设计配备了多套适合该零件加工的工艺装备：endprint
（1）普通车床只有一个能支撑Φ420外圆的固定式中心架，根据工艺方案要求，需制作一个能支撑Φ465、Φ655外圆的超大超重型中心架，特设计配备了一个适用于Φ440～Φ690外圆的滚动式中心架；（2）大小端法兰上轴承孔位置相距较远，为保证两孔同轴度要求，特设计了长1400、直径Φ110的加大加长型镗刀杆；（3）为满足各孔系位置精度要求，特设计了四副大型钻模。
6 零件加工工艺过程
通过对零件结构特点、加工工艺性分析，按照工艺方案编制了加工工艺卡和车加工的关键工序过程卡，其加工工艺过程如下：
（1）热处理：回火去应力。
（2）粗车：①夹左端外圆、校正，车右端面。尾端上顶板，粗车Φ465、Φ533、Φ910外圆。拆除顶板，搭中心架，粗车Φ305内孔及Φ400内止口。②调头夹、压，校正Φ533、Φ910外圆，跳动≤0.20，车端面。上顶板，粗车Φ655外圆。拆除顶板，搭中心架，粗车Φ内止口。上专用镗杆，粗镗Φ425、Φ405内孔。
（3）精车：①精车左端平面。上顶板，精车Φ655、Φ910外圆。拆除顶板，搭中心架，以Φ425内孔处为试刀、测量位置，镗准Φ305、Φ405内孔，车准Φ425内孔及Φ605内止口。②调头夹Φ655外圆（夹处内孔需装专用垫板，外圆需垫厚铜皮），校Φ305内孔、Φ910外圆，跳动≤0.05，精車端面、Φ400内止口。上顶板，车准Φ625外止口及Φ533、Φ465外圆。
（4）划线：划全件十字中心线及外扁方、凹弧台加工线。
（5）镗：镗准大端法兰外圆上扁方及两处凹弧台。
（6）钻孔：上钻模，钻模对线槽对准十字中心线分别钻准各孔。
（7）油漆：非结合表面涂底漆和面漆。
7 结语
通过对大型薄壁筒形件加工特点、精度要求的详细分析，结合生产实际情况，从工件结构特点、加工难点、工艺方案、装夹方式、刀具选择、工装配备等方面进行了综合考虑，采取了周密的工艺措施，制定了符合生产实际的工艺方案，解决了生产过程中出现的问题，避免了大型薄壁筒形件加工过程中容易产生的变形现象。经过试制、检验，加工出的零件全部符合图样要求，保证了产品质量，提高了加工效率，为后续大型薄壁筒形件加工提供了依据和借鉴。
参考文献：
[1]王先逵.机械加工工艺手册（第二版）[G].机械工业出版社，2014.
[2]陈日曜.金属切削原理[M].2版.机械工业出版社，2005.
[3]程景苑.现代实用机械制造新工艺、新技术与新标准[M].当代中国出版社，2004.endprint
