套类零件是用来支承旋转轴及轴上零件或用来导向的,该类零件的主要表面是内孔和外圆,其主要技术要求是内孔及外圆的尺寸以及圆度要求;内外圆之间的同轴度要求;孔轴线与端面的垂直度要求。薄壁套类零件壁厚很薄,径向刚度很弱,在加工过程中受切削力、切削热及夹紧力等因素的影响,极易变形,导致以上各项技术要求难以保证。针对这些问题,本文对薄壁套类零件加工过程中装夹方法、切削用量、刀具几何角度等做了初步的探讨。
1.薄壁套类零件的加工分析
(1)工件装夹方法薄壁类零件在加工过程中如果采用普通装夹方法,会因为产生很大的变形而无法保证加工精度。如图1所示。
图1 套筒夹紧变形误差
故薄壁类零件的装夹,一般应增大工件的支承面和夹压面积,或增加夹压点使之受力均匀,并减小夹压应力和接触应力,必要时可增设辅助支承,以增强工件的刚性。具体措施如下:
①采用工艺夹头装夹车削时在坯料上预留一定的夹持长度,在工件完成内孔、外圆及端面的加工后切掉。这样不但防止了工件产生太大变形,而且保证了内孔、外圆及端面间的位置精度。但这种方法在应用中有
局限性而且会造成材料的浪费。
②增加夹压点或夹压面积通过增加夹压点或夹压面积减小零件的变形或使变形均匀化。如:采用专用卡爪或开口过渡环装夹;采用液性塑料自定心夹头或弹簧夹头装夹;采用传力衬垫装夹等。
③变径向夹紧为轴向夹紧使夹紧力作用在刚度较大的轴向,避免了径向发生大的变形。
(2)切削用量的选择为减少工件振动和变形,应使工件所受切削力和切削热较小。在切削过程中产生的切削力可以分解为三个分力:主切削力Fz、进给抗力Fx、吃刀抗力Fy。切削力的经验公式为:
其中吃刀抗力Fy作用在机床和工件刚度最差的方向上,容易引起切削振动和工件的弯曲变形,影响加工精度和工件表面质量。
切削热计算公式为:
从以上两式中可以看出,切削用量应该选较小值,但考虑到生产率及加工塑性材料时避开积屑瘤的影响等,一般背吃刀量和进给量取较小值,而切削速度取较大值。从式(2)中可以看出切削速度增大后产生的热量会增多,但同时工件与刀具的相对运动速度也提高,使热量来不及传到工件上而大部分被切屑带走,因此,对加工的影响并不会增大。
(3)刀具角度的选择加工薄壁类工件的刀具刃口要锋利,一般采用较大的前角和主偏角,但是不能太大,否则会因刀头体积的减小而引起强度、刚度下降,散热性能变差,最终影响加工精度。刀具角度的取值与工件的形状、材质以及刀具自身的材料有关。
2.实例
加工如图2所示的薄壁套,除了图中所示的要求外,内外圆还有0.02mm的同轴度公差。
(1)夹具设计加工可以先加工内孔和一个端面,此时留较大的余量,采用开口过渡环装夹;在最后一道工序中采用如图3所示的夹具装夹加工外圆。该夹具的核心元件是弹性套5,在心轴1上装有一对锥套2和6,拧动螺母8使其向右移动时,锥套给弹性套一个径向力,将工件4胀紧,反方向拧动时工件松开。其中定位销3和7是防止弹性套与锥套以及锥套与心轴之间的相对转动。该夹具使夹紧力均匀作用在工件的内表面上,不但减小了工件因变形而引起的加工误差,而且因为消除了径向间隙而提高了定位精度,能够很好地保证内外圆的同轴度要求。
图2 薄壁套
1.心轴 2、6.锥套 3、7.定位销 4.工件 5.弹性套 8.螺母
图3 弹性心轴
(2)刀具几何参数的选择如图4所示。
图4 刀具几何参数
(3)精车切削用量的选择见附表。
(4)通过实际切削加工表明,用以上的夹具装夹,变形较小,能够保证形状及同轴度的要求。刀具几何参数及切削用量的选择也较为合理,工件的各项要求均有明显的提高。
