解決加工薄壁零件過程中變形的方法

一、前言

　　薄壁零件具有重量輕，節(jié)約材料，結(jié)構(gòu)緊湊等特點，同時該特點也廣泛應用在汽車行業(yè)中。但薄壁零件的加工是在車削中比較棘手的問題，其剛性差，強度弱，在加工中極容易變形；不易保證零件的加工質(zhì)量。如何提高薄壁零件的加工精度將是業(yè)界越來越關(guān)心的話題。薄壁件用數(shù)控車削的方式進行加工，就要對工件的裝夾、加工路線、程序的編制等方面進行試驗，就可以有效地克服了薄壁件在加工過程中出現(xiàn)的變形，保證加工精度。影響薄壁零件加工精度的因素有很多，但歸納起來主要有以下三個方面：易裝夾受力變形：因工件壁薄，在夾緊力的作用下容易產(chǎn)生變形，從而影響工件的尺寸精度和形。易受熱變形：因工件較薄，切削熱會引起工件熱變形，使工件尺寸難于控制；易振動變形：在切削力（特別是徑向切削力）的作用下，容易產(chǎn)生振動和變形，影響工件的尺寸精度、形狀、位置精度和表面粗糙度。

二、概述

　　某廠的ＮＨＲ汽車前輪轂零件是一個盤類零件，用數(shù)控車床加工，液壓卡盤裝夾，現(xiàn)大批量生產(chǎn)，加工時零件尺寸正常，但工件取下后，軸承孔φ80(-0.035/-0.057)

出現(xiàn)橢圓現(xiàn)象（見圖1、圖2）。

三、工藝分析及解決方案

　　該零件要加工正反兩面，在兩臺數(shù)控車床上加工，正面加工是以三爪卡盤夾緊反面軸承孔位外圓再以三個頂針頂靠凸臺面，來加工正面的法蘭面及軸承孔的粗精加工（見圖3）。反面加工是以定位芯軸和三個等高定位塊定位，三個拉爪壓緊來粗精加工反面的軸承孔并確保長短尺寸（見圖4-1）；

加工順序為：

　　從加工表面分析，因表面粗糙度正常，無振動造成的抖紋，可排除受振動影響；變換多個受力點及壓緊點，無改善；考慮到受熱可能對其造成影響，在各個時間點對產(chǎn)品尺寸進行測量，尺寸存在微小的變化，但加大冷卻液流量卻未能消除橢圓現(xiàn)象。為了排除主軸跳動及工裝的三個等高定位塊不平，把磁力表座吸在刀架上，對車床主軸跳動進行檢測，發(fā)現(xiàn)它的徑向跳動只有0.002mm，符合正常跳動范圍。另外，對三個等高塊的定位面在機床本體上進行切削。用百分表測試，平面度也只有0.005mm。蘭生針對這種現(xiàn)象進行分析，可能有以下幾種影響因素：

　　1、工件材料硬度不均的影響，當工件加工余量不均勻，或者工件硬度不均勻時，使得切削力發(fā)生變化，因而也會引起工件產(chǎn)生圓度誤差。當車削工件時，工件轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，切削深度就產(chǎn)生忽大忽小的變化。切深大時，切削力大，因此產(chǎn)生的變形也大，切深小時，則切削力小，變形也小，這樣加工后的零件也會有圓度誤差。切削力不均勻，有時還可能是由于工件的硬度不不均勻而引起。

　　2、平衡力的影響，當動平衡不均勻而造成離心力到達一定數(shù)值后引起系統(tǒng)變形導致零件產(chǎn)生圓度誤差。在車削零件時，由于旋轉(zhuǎn)部分不平衡，在每一轉(zhuǎn)中，這個離心力的方向有時與切削力方向相同，有時相反。所以，這個離心力在不同角度使零件產(chǎn)生圓度誤差，轉(zhuǎn)速越高，離心力越大，圓度誤差也會越大。

　　3、毛坯的內(nèi)應力鑄造毛坯內(nèi)部殘余內(nèi)應力使毛坯在加工過程中處在不穩(wěn)定的狀態(tài)中，它們總是力圖恢復到?jīng)]有內(nèi)應力的狀態(tài)。若對這些毛坯進行切削加工，表面層金屬被去掉，原有的應力平衡狀態(tài)被破壞，工件就會發(fā)生變形，使應力達到新的平衡狀態(tài)。加工完畢后，零件的變形過程仍未結(jié)束，影響工件精度的穩(wěn)定性，使已加工好的零件產(chǎn)生圓度誤差。

　　蘭生針對上述三個可疑點進行驗證：

　　　�、賹ⅲ保凹�毛坯及１０件加工完的輪轂進行多點硬度測試，硬度波動范圍在合格范圍內(nèi)，不會對加工尺寸造成直接影響；

　　　�、谡埬硠悠胶夤�司對該工裝進行動平衡測量，所產(chǎn)生的離心力未使工件軸心產(chǎn)生偏移；

　　　�、垡�求多年的供貨廠家提供時效處理三年的樣件進行試加工，橢圓依舊出現(xiàn)。

　　排除上述三個疑點后，為了找出問題根源，蘭生在加工完畢后，在不松開卡爪和松開卡爪兩種情況下分別測量軸承內(nèi)孔直徑，發(fā)現(xiàn)NHR輪芯20#工序在機床上測量有0.002mm的橢圓，拿下來測量發(fā)現(xiàn)有0.022mm——0.04mm的橢圓。屬裝夾變形，原因是在加工反面之前，正面的法蘭面已成凹形。而20#工序是靠法蘭面定位，受力點也在法蘭面，在加工反面時由于受夾緊力作用，法蘭面與等高塊附貼。一旦松開卡爪法蘭面又恢復成凹形，從而導致反面的軸承孔出現(xiàn)橢圓。

　　經(jīng)過分析，法蘭面變成凹形是發(fā)生在10#工序中。在加工10#工序粗車法蘭面(毛坯原法蘭面厚度13mm左右)后，由于法蘭面變薄(粗車法蘭面后厚度為6mm左右)，而中間還有粗車內(nèi)孔和精車內(nèi)孔(加工時間為３.6分鐘)，長時間夾緊導致法蘭面在加工過程中出現(xiàn)緩慢變形中凸，而在10＃工序加工結(jié)束松夾后，法蘭面內(nèi)凹。（見圖4-2、4-3）。

　　為了防止法蘭面在加工后出現(xiàn)凹形，調(diào)小卡盤壓力后，加工時零件又經(jīng)常打滑。減少正面車法蘭面時的夾具夾緊時間應該是有效的辦法，因此決定將粗車內(nèi)孔和精車內(nèi)孔放到車法蘭面之前（改善前的加工路線是1.粗車法蘭面 2.粗車內(nèi)孔3.精車內(nèi)孔4.精車法蘭面），把加工路線改為1.粗車內(nèi)孔2.精車內(nèi)孔3.粗車法蘭面4精車法蘭面。這樣從粗車法蘭面到精車法蘭面就減少了3.6分鐘的夾緊受力時間而法蘭面的變形量也就大大減小。

　　改善后的加工路線 ：

　　經(jīng)過工藝優(yōu)化以后，加工500個輪芯，反面的軸承孔的橢圓都控制在0.002-0.006mm范圍之內(nèi)。

下面介紹一款車削中心，用于生產(chǎn)軸套、增壓器、中央回轉(zhuǎn)氣缸、葉輪等：

　　德國SPINNER斯賓納TTC300系列雙刀塔數(shù)控車床車削中心

　　德國SPINNER雙主軸三刀塔數(shù)控車床TTC系列車床，采用交互式編程的最先進的數(shù)控系統(tǒng)和驅(qū)動裝置，是用于盤類工件加工的最佳內(nèi)置自動化解決方案。

概述	指標項目	單位	TTC300-52	TTC300-65
	最大回轉(zhuǎn)直徑	mm	~400	~400
	最大車削直徑	mm	~250/200	~250/200
	最長車削長度	mm	~400	~400
	行程 X1 / X2 / Y/ Z		180/110/(+40/-40)/450	180/110/(+40/-40)/450
	快進 X1 / X2 / Y / Z	m/min	15/15/15/24	15/15/15/24
主軸 1	最高轉(zhuǎn)速	U/min	5000	4000/5000
	卡盤規(guī)格	mm	210	210
	主軸功率（100%/40%）	kW	15/19	21/27
	扭矩（100%/40%）	Nm	96/121	267/348
	主軸中心通孔	mm	52	65
主軸 2	最高轉(zhuǎn)速	U/min	7000	7000
	卡盤規(guī)格	mm	130	130
	主軸功率（S3 60% / S1）	kW	8/6	8/6
	扭矩（S3 60% / S1）	Nm	63/49	63/49
刀塔	刀具站		2x12	2x12
	裝夾具		VDI 25 / BTM 45	VDI 25 / BTM 45
	自驅(qū)刀具		2x12	2x12
	最高轉(zhuǎn)速	U/min	6000	6000
其它	重量		~5500	~4600
	占地面積（LxBxH）	m	2,2x2,0x2,0	2,2x2,0x2,0

　需要了解更多詳情的數(shù)控車床，可來電咨詢范總13306110090，郵箱fq@lanshengcnc.com，也可電話咨詢0519-88113113