薄壁深孔零件（精选3篇）
薄壁深孔零件 篇1
摘要：针对薄壁深孔的难加工问题, 介绍了简易固定式电解加工设备的制作和工艺方法。实践表明, 该方法加工效率高, 可严格控制孔的精度, 能用于各种金属材质的无缝薄壁深孔零件的加工。
关键词：薄壁深孔零件,电解加工,简易设备,加工工艺
1 引言
深孔加工一直是孔加工中的技术难题, 因其精度、形状和表面质量很难保证, 尤其是一些材质比较硬的薄壁深孔零件, 工艺难点是材质硬, 孔径与壁厚比值大, 长度与孔径比值大, 加工时受切削力作用容易变形, 影响同轴度, 使用传统的加工设备或使用数控设备都会非常麻烦, 有的甚至无法装夹工件或即使能成功装夹也成本过高。而电解加工方法, 则很好地解决了薄壁深孔的加工问题, 它可严格控制孔的尺寸和变形量, 保证孔的加工质量和表面粗糙度值, 并且加工效率高。本文主要介绍了某薄壁深孔零件的固定式电解加工简易设备的制作和工艺方法。
2 加工工艺分析
某军工企业需要加工如图1所示的零件。该零件材料为YT15硬质合金, 属于难加工材料, 外圆直径为30mm, 壁厚仅为3mm, 长2400mm, 孔径与壁厚比值为8, 长径比L/d=80。由于该零件壁薄、深径比大, 用传统的深孔钻削或镗铣加工存在较大困难, 很难保证加工质量, 而且容易使孔壁产生变形。该零件的加工要求又非常高, 在全长范围内, 任何一个截面内的尺寸及壁厚超差, 都要按废品处理。所以决定采用电解加工, 由于电解加工工件本身不受力, 不会引起变形, 还能很好地控制壁厚差, 保证其加工质量和精度。由于是圆形的深孔, 通常采用固定式电解加工方法比较方便, 制定加工工艺时, 以外圆作为内孔加工的基准。
3 加工设备的设计
根据图1所示薄壁深孔零件的技术要求, 在预制孔的基础上设计一套简易设备完成其精加工, 见图2。
此设备由一个支座, 架着两个同轴的黄铜锥碗、导电铜瓦以及齿轮齿条位置调节装置 (未画出) 组成。左锥碗固定, 其左端接供液管, 在左锥帽与阴极配合孔周边有若干均布的电解液进入孔, 右锥碗在水平方向位置可调, 以便夹紧, 其右端接回液管, 电解液和加工生成物, 由右锥帽上的均布小孔逸出。阴极为一根直度很高的黄铜棒, 加工前, 将阴极和工件装在夹具左右锥帽中, 工件和阴极的对中靠夹具锥帽的B、A孔的同轴度保证, 阴极直径比待加工孔直径小2△ (△为加工间隙, 孔径Do≤60mm, △=0.3~0.6mm) , 此间隙就是电解液的通道, 装好后整体放入固定式电解加工装置的左右锥碗中, 锥帽与左右锥碗以锥面配合有自动定心作用, 并可靠保证导电、密封。阴极则通过夹具锥帽和支座上的左锥碗接电源负极, 工件通过铜瓦接电源正极。图2所示为组装好工件和阴极的夹具一端 (左锥帽) 已放入左锥碗中, 另一端 (右锥碗) 悬空着, 正待放入右锥碗中。加工时工件应垂直安装, 使电解液由上而下流动。
固定式深孔电解加工装置可以用于加工各种不同尺寸的零件。对于不同口径的零件, 只要改变夹具端帽B孔尺寸;对于不同长度的零件, 只要通过右锥碗右侧的调节装置进行调节, 为了消除边缘效应, 在加工时阴极长度要做得比工件长一些。整个装置操作简单、工效高、易于实现加工过程的自动控制和大批量生产。
4 加工工艺参数
由于该工件为YT类硬质合金, 材质比较硬, 选用以Na NO3为主的电解液, 实验所用配方为[Na NO3 (76g/L) +Na NO2 (10g/L) +酒石酸钾钠 (60g/L) +Na OH (30g/L) ];电压为12~15V, 工作电压的最高值以不击穿加工间隙为限度;电流密度0.20A/mm2, 电流密度直接影响电解加工的生产效率, 在条件许可时应尽量取高些, 但是电流密度加大时, 工作电压也随之增高, 在实验时已经验证, 被加工孔的表面粗糙度也会增大, 影响加工质量, 具体数值应根据经验选择, 通过实验进行验证。加工时, 根据加工余量和电源条件确定电流的大小, 控制加工时间。其成型过程是由预制孔朝径向方向扩大, 所以固定式电解加工的加工余量不宜过大, 否则效率和精度均受影响。
5 加工应注意事项
(1) 加工前应清除预制孔表面残留的油。通常用质量分数为8%~10%碳酸钠和质量分数为2%~3%硅酸钠组成的溶液, 加热至80℃~100℃, 使工件在其内保持10~20min, 除油后用清水冲洗。
(2) 由于阴极长, 进出口处的电解液流速、温度以及电解产物氢氧化铁的含量不相同, 加工后工件孔可能会产生锥度, 因此初始间隙不宜取得过小。
(3) 为了消除边缘效应, 阴极长度要做得比工件长一些。
(4) 固定式加工的阴极整个表面必须完好无损, 任何微小疵点或刻痕均会反映到工件表面。
(5) 为了消除孔壁的疵点, 在加工过程中间对电解液要进行倒向。
6 结论
此方法在企业生产中已经得到了应用, 主要用于枪管、炮管、煤炭行业的液压支柱、支架缸体等加工。加工精度可达到0.01~0.02mm, 表面粗糙度可达到Ra0.16~Ra0.08。能够严格控制孔的精度、表面质量和粗糙度值, 并且缩短了加工时间。只要改变设备中端帽B孔尺寸, 就可适用于不同孔径零件的加工, 非常简单适用, 不需要专用的机床设备, 可用于大批量生产加工。
参考文献
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薄壁深孔零件 篇2
一、简析薄壁零件数控车工加工工艺的特征
1.薄壁零件的规格不一(即：外廓尺寸远远大于其自身的结构横截面)，造成加工时刚性降低，引发切削震动，从而让零件的生产质量不能够达到生产要求及标准。
2.薄壁零件在我国航空事业中的应用是最为普遍的，但因其对零件的使用要求非常高，比如必须要具备较高的耐腐蚀性、轻度与耐高温性，因此在加工材料的选择上，应当以密度较小、具有耐腐蚀性、价格低廉以及容易成型的.铝合金为主。
3.薄壁零件的尺寸比较大，且其结构也较为复杂，在加工时极易引发变形问题，所以“变形矫正”在加工工艺中已然变成了重中之重。
4.加工时，除了有较高的“协调精度”之外，还应当具有较为严密的“尺寸精度”。
二、某一薄壁零件加工案例分析
为了更为直观的体现出薄壁零件数控加工工艺的过程及其效果，我们选取了如图1-1的某种类型的薄壁零件，对其数控加工工艺加以详细的说明。该零件的原材料主要是45度钢，且依照图中所示的要求来看，我们能够知道，该零件是具备一定的加工困难度的，其主要体现在两个方面，即：
1)大多数螺纹的厚度均仅有2毫米，生产批量过多，即使可以选用“撑内控装夹法”开展车削作业，可由于该零件的车削受力点与夹紧力作用点，这两点之间的间隔相距甚远，再加上其不具备较高的刚性，所以在加工中，极易出现晃动现象。因此，在这种情况下就需要对定位问题作出全面的考虑了;
2)该零件具备较高的精度，适宜选择“G76和G92合成法”，也就是“粗/细加工合成法”，对其进行两种层次上的加工，该加工法除了能够提高零件的精度之外，还能够降低薄壁变形问题出现的概率。
三、结束语
薄壁零件的加工方法研究 篇3
【关键词】薄壁零件；加工分析；精度
薄壁零件已日益广泛地应用在各工业部门，因为它具有重量轻，节约材料，结构紧凑等特点。但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，在加工中极容易变形，使零件的形位误差增大，不易保证零件的加工质量。对于批量大的生产，可利用数控车床高加工精度及高生产效率的特点进行加工，在车工教学中如何解决这个问题呢，可以通过对薄壁零件加工过程的各种变形原因进行材质和技术分析，制定合适的加工方法解决问题。
1.薄壁零件的特点及变形原因
对板状工件而言，薄形工件是指宽厚比值B/H≥10的工件。类似于薄形板状工件，薄形盘状工件是指其外形直径与工件厚度比值比较大的工件；薄形环状工件是指工件圆柱外径与其厚度比值比较大的工件；薄形套类工件是指工件外圆直径与套壁厚度比值比较大的工件，薄壁箱体类工件是指箱体的外形尺寸与其壁厚的比值比较大工件。薄零壁件具有质量轻、节约材料、结构紧凑等特点，导致变形的直接原因有外力夹持、温度过高、振动引起等，具体如下：
1.1受力变形 因工件壁薄，在夹紧力的作用下容易产生变形，从而影响工件的尺寸精度和形状精度。
1.2受热变形 因工件较薄，切削热会引起工件热变形，使工件尺寸难于控制。
1.3振动变形 在切削力（特别是径向切削力）的作用下，很容易产生振动和变形，影响工件的尺寸精度、形状、位置精度和表面粗糙度。
2.提高薄壁零件加工精度的方法
2.1合理选择装夹方式，减少受力变形
零件装夹可分成定位和夹紧。定位使零件处于稳定状态，对平面来说应采3点定位。在定位点一般要承受一定的夹紧力，并应具有一定的强度和刚性。从定位稳定性与定位精度看，接触面是越小越好；而从夹紧力功能来看，接触面需要越大越好，可以用最小的单位面积压力来获得最大的摩擦力。工件装夹方法薄壁类零件在加工过程中假如采用普通装夹方法，会由于产生很大的变形而无法保证加工精度。如图1所示。
故薄壁类零件的装夹，一般采取以下措施：
（1）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。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。
2.2合理选择切削用量
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。背吃刀量，进给量，切削速度是切削用量的三个要素。大量试验证明：背吃刀量和进给量同时增大，切削力也增大，变形也大，对车削薄壁零件极为不利。在加工精度要求较高的薄壁零件时，一般采取对称加工，使相对的两面产生的应力均衡，达到一个稳定状态，加工后工件平整。当某一工序的背吃刀量大时，应力将会失去平衡，工件就会产生变形。
对加工精度要求较高的薄壁类零件，应把粗加工、半精加工、精加工分开进行。粗、半精、精加工分开，可避免因粗加工引起的各种变形，包括粗加工时，夹紧力引起的弹性变形、切削热引起的热变形以及粗加工后内应力重新分布引起的变形。 内应力是引起零件变形的主要因素，为了防止零件的变形，除应严格地进行材料的热处理，使工件具有较好的组织外，在粗加工、精加工之间，最好增加一道去应力工序，以最大限度的消除工件内部的应力。
粗加工时，背吃刀量和进给量可以取大些；精加工时，背吃刀量一般在0.2～0.5mm，进给量一般在0.1～0.2mm/r，甚至更小，切削速度6～120m/min，精车时用尽量高的切削速度，但不易过高。
2.3合理选用切削液
合理选用切削液，能减少切削过程中的摩擦，改善散热条件，从而减小了切削力、切削功率、切削温度，减轻刀具磨损，提高已加工表面质量。粗加工切削量大，产生大量切削热，刀具易磨损，尤其是高速钢，应选用冷却为主的切削液，如乳化液或水溶液。而硬质合金刀具可以不用切削液，如要用则必须连续、充分地浇注，以免产生裂纹。精加工切削液主要是润滑，以提高工件表面精度和表面粗糙度，以采用极压切削油或离子型切削液。同时运用高速加工，高速加工技术是近年发展起来的高效、优质、低耗的制造技术。在高速切削加工中，由于毛坯材料的余量还来不及充分变形就在瞬间被切离工件，工件表面的残余应力非常小，切削过程中产生的绝大多数热量被切削迅速带走，从而减小薄壁零件的热变形，达到表面加工质量。
2.4合理选择刀具
加工孔的车孔刀杆悬伸距较大，刚性差，容易产生振动，并在径向分力的作用下，容易发生让刀现象，影响加工孔的精度。因此加工薄臂零件孔时应尽可能增加刀杆的刚性。同时，为了容易排屑，应在车刀前面开有断屑槽或卷屑槽，在合适的刃倾角下控制切屑排出的方向。
3.结论
车床加工薄壁零件在机械加工中较为常见，由于其刚性差，加工时受切削力、切削热等因素的影响，变形较大，很难保证薄壁零件的加工质量要求。通过采用合适的装夹方式，采取合理的辅助支承和先进的加工方法，同时选择合理的刀具角度和切削用量，是能够保证薄壁零件的加工质量要求的。
参考文献：
[1] 陈日曜.金属切削原理（第二版）[M]北京：机械工业出版社.1995.