薄壁螺纹零件的滚压加工工艺

薄壁螺纹零件的滚压加工工艺

　　薄壁螺纹零件的滚压加工工艺【1】

　　[摘 要]薄壁螺纹零件由于工件壁较薄，在夹紧力的作用下容易产生变形，在切削力的作用下，也容易产生振动和变形，影响工件的尺寸精度、表面粗糙度、形状精度和位置精度，利用常规的车削加工非常困难。

　　本文主要讲述了薄壁螺纹零件的滚压加工的原理，通过案例具体阐述加工工艺和方法，提出相关建议，对薄壁螺纹零件的滚压加工具有指导意义。

　　[关键词]薄壁螺纹 滚压加工 工艺

　　目前，螺纹管的成型一般是机械方法成型。

　　通常的方法有绞纹法、滚压成型法、轧制法、挤压法等。

　　上述方法适于加工大直径壁厚的螺纹管， 但对于加工薄壁不锈钢螺纹管， 不但制造小尺寸的加工工具有困难， 而且成品加工精度也不易保证。

　　1 滚压加工简介

　　1.1 加工原理

　　滚压加工是一种无排屑的加工方法，通过滚动轧入到工件表面的金属，改变表面形状和提高表面强度的一个冷加工方式。

　　用于加工螺纹滚压工具是通过滚动挤压，由辊轧工具的工作部分轧入工件材料，发生塑性变形便于形成螺纹。

　　滚压加工是应用一个带螺纹刀的螺纹头，可在工件表面以一定的压力在加工工件上做相对运动，使该零件的金属表面发生塑性变形，加工出圆柱，圆锥状的沟槽和其它表面形状。

　　通过相关实验分析，辊螺纹刀对管壁材进行辊压时，工件受力点的金属发生晶格变细和纤维形状延伸，表面纤维虽受挤压，但是没有被切断，使金属表面层的结构和性能发生变化。

　　通过轧辊表面，粗糙度降低，其精度，抗疲劳强度，耐蚀性都具有明显提高。

　　滚丝轮螺纹升角与工件的上升角度一致，但螺纹方向相反。

　　在螺距相同的情况下，不同规格的螺纹具有相同的基本牙型，不同是螺纹升角，直径，中径、外径和内径，所以只要使得滚丝轮上螺纹升角和工件螺纹升角完全一样，即可得到我们所需的螺纹。

　　1.2 工艺难点

　　(1)如何将滚压头正确安装在车床上。

　　(2)准确找正滚压前滚压头的中心。

　　(3)需调整好滚压头的顶开距离，因为很短的退刀槽容易造成撞车现象。

　　2 滚压加工工艺分析

　　2.1 案例1分析

　　图1所示零件是常见的柴油机上的定位螺套，是一种常见的滚压超薄壁零件，工艺采用先加工螺纹后加工内孔，在滚压螺纹时，必须注意内孔变形而引起的螺纹中径变形，同时满足条件零件体内的滚压应力小于或者等于材料的屈服极限。

　　因此在滚丝机上加工螺纹时，增加一滚压心棒，其结构如图2所示。

　　手工将零件装进心棒，在不能松动的条件下开始滚压。

　　在进行滚压的时候，应用支片支架顶住零件使其不发生松动的问题。

　　滚压后将压套装入心棒，将手柄螺母拧紧，利用螺母的作用把零件取出心棒。

　　零件和心棒之间的间隙缘故，零件在滚压时，零件内孔将产生变形。

　　因此在进行滚压薄壁空心螺纹零件时，一般正常滚压的零件毛坯需比滚压前的毛坯直径要小0.02mm。

　　明显看出采用滚压法加工，不仅提高加工工效，还可以保证零件的精度。

　　2.2 案例2分析

　　如图3所示，就是结构简单一个套类零件，由于上面的螺纹致使加工了不能满足要求，通过工件的装夹、刀具几何参数选取、程序的编制等多方面进行改进，寻找出一种方便易操作的加工方法，有效提高零件的精度和加工效率，保证产品的质量。

　　(1)主要因为是薄壁零件 ，所以主要解决受力、受热、振动时的变形问题，既要考虑装夹方便、可靠，还需考虑如何保证工件在加工时的定位精度，由于零件较薄，刚性不足，容易引起晃动。

　　(2)螺纹加工部分厚度只有 1.8mm，精度要求较高。

　　目前市面上的数控系统螺纹编程指令有G32、G92、G76等。

　　从以上对比可以看出，只简单利用一个指令进行车削螺纹是不够完善的，先用G76进行螺纹粗加工 ，再用 G92进精加工 ，在薄壁螺纹加工中，既可以避免因切削量大而产生薄壁变形，又能够保证螺纹加工的精度。

　　用联结工装将滚压头和机床尾座连接起来，保证工装滑动自由、无卡涩现象，且保证滚压头的轴线和机床的中心线的同轴度在0.10mm之内， 然后在机床上装夹一较细的圆棒，手摇尾座向前移动，用细圆棒顶开止动螺钉，检验顶开长度和螺纹长度是否一致，防止顶开长度过长导致滚压头和机床卡盘相撞，造成滚压头的损坏。

　　可以根据需加工的螺栓的规格。

　　按螺栓中径尺寸试加工，滚压前在零件和滚轮上浇涂冷却液，冷却液一般采用1∶10乳化液、极压填加剂或稀释切削油，然后开始试滚压，接着用符合要求的环规检测检测中径、大径和环规通、止是否合格。

　　若不达标，可适当调下滚压头刻度，调好紧固后再次进行滚压;或微调车削螺栓中径尺寸重新滚压，一直到符合所需螺纹尺寸的要求。

　　同时模具选取也很重要，薄壁件的螺纹滚压加工是在外力作用下的旋、挤、拉延成型，变形机理复杂。

　　模具的选材一般要求具有足够的强度和韧性，淬硬性好，表面具有高的硬度和耐磨性，工艺性好，淬火变形小，过热、脱碳、开裂等敏感性小。

　　参考文献

　　[1] 魏军.金属挤压机[M].北京：化学工业出版社，2005.

　　[2] 北京第一通用机械厂.机械工人切削手册[M].北京：机械工业出版社，1992.

　　薄壁零件的数控车削加工工艺【2】

　　摘 要：薄壁零件的高效精密的数控加工技术是当代高新技术产业的基础，是制造业在核心技术竞争力方面的代表，也是体现国家的制造技术水平先进与否的一个标志。

　　薄壁零件在现代工业的各个领域都有应用，如汽车制造业、军事工业等。

　　不可否认在薄壁零件加工中是存在一定问题，常常会出现不合格的零件，造成浪费。

　　所以我们有必要通过对薄壁零件加工工艺问题的分析研究，优化薄壁零件制造加工措施，进而解决薄壁零件加工中所存在的问题，保证薄壁零件的精度和质量，提高所制造加工零件的合格率。

　　关键词：薄壁零件 车削加工 车工夹具

　　引言

　　薄壁零件因它具有重量轻，节约材料， 结构紧凑等特点而广泛应用于产品生产中。

　　但薄壁零件的加工特别是在车削加工过程中，由于薄壁零件刚性原因，如果不采取措施，常常会因为夹紧力、车削力、车削热、内应力、振动与变形等，使工件产生较大的变形，导致零件的加工质量难以保证。

　　我校在满足正常专业技能教学的前提下，积极进行产教结合，让学生参与产教结合工作，既提高了教师的能力水平，也锻炼了学生，使教师和学生在实际生产中不断提高技能，同时也减少了实习教学消耗。

　　薄壁零件(如图1) ，是我校外加工产品中的一种零件，它生产批量较大，为了提高产品的合格率和加工效率，便利用数控车床进行加工，并进行夹具的改装，从而解决了薄壁零件刚性差，强度弱的问题，有效地克服薄壁零件加工过程中出现的变形，并提高了零件的加工精度，保证了产品的质量。

　　一、影响薄壁零件加工精度因素分析

　　影响薄壁零件加工精度的因素是多方面的，机床"刀具"工件以及工件的装夹"切削过程的切削力"切削热等都会引起零件的加工误差。

　　具体因素分析见图2所示。图1

　　图 2 影响薄壁零件加工精度因素

　　二、制定加工工艺方案

　　1.机床的选择。

　　根据零件的材料及零件的形状和精度要求，选用CAK6150Di FANUC Oi mate TC的数控车床。

　　2.装夹方法改进。

　　依据零件的结构特点、质量要求，在零件左边预留工艺法兰，法兰内孔加工内螺纹。

　　加工工件内孔采用自定心三爪卡盘定位夹紧;加工工件外圆利用芯轴、压螺，采用一夹一顶装夹方式。

　　3.刀具的选择。

　　对于不锈钢材料薄壁零件而言，刀具的选择相当重要。

　　刀具的优化选择，可以从刀具的材料和几何结构方面进行考虑。

　　对于该零件采用材料为YW2。

　　硬质合金的刀片。

　　这种材料的刀具在加工1Cr18Ni9Ti不锈钢时具有耐磨、抗粘结性好的优点。

　　4.切削用量的选择。

　　加工薄壁零件，如果切削用量选择不合理，很容易产生表面应力，影响工件表面质量，而且还会影响切削力、产生大量切削热，增大工件的变形程度，所以切削用量的选择至关重要。

　　对于该零件，镗内孔和车外圆时取线速度为120～150m/mim;粗加工进给速度取0.2～0.3mm/r，精加工进给速度取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、薄壁零件车削加工工艺工序分析

　　1.保证薄壁类零件各工序加工质量的关键是必须要制定合理工艺工序路线，应重点分析薄壁类零件变形规律，研究和掌握其变形规律，注重防止和解决工艺工序中的变形问题;应根据零件的技术要求与加工时的受力情况来选择合理的定位基准，零件的定位面和定位元件之间的接触应紧密贴合，否则难以避免零件在加工中的振动变形，进而影响加工精度。

　　2.选择合理的工艺工序路线方法是：正确选择零件和夹具的定位基准和夹紧方式，应使前后工序定位基准的协调一致;合理分配加工余量，必要时应提高定位基准的尺寸和形状公差精度;对于同一零件不同加工部位的精加工工序，应视具体情况确定最优加工顺序。

　　3.在考虑工序编程时应增加切削工序以逐步修正由于材料去除所引起的工件变形。

　　对于结构刚性较好的轴类零件，由于因去除多余材料而产生变形的问题不严重，一般只安排粗车和精车两道工序。

　　但对于薄壁类零件至少要安排粗车-半精车-精车甚至要更多的工序在半精车工序中修正因粗车引起的工件变形，如果还不能消除工件变形，要根据具体变形情况适当再增加切削工序。

　　4.加工薄壁结构件的工序安排，薄壁类零件的加工要经过内外表而的粗加工、半精加工、精加工等多道工序，工序间的顺序安排对工件变形量的影响较大，一般应作如下考虑：一是粗加工时优先考虑去除余量较大的部位。

　　因为余量去除大，工件的变形量就大，两者成正比。

　　如果工件外圆和内孔需切除的余量相同，则首先进行内孔粗加工，因为先去除外表面余量时工件刚性降低较大，而在内孔加工时，排屑较困难，使切削热和切削力增加，两方面的因素会使工件变形扩大。

　　二是精加工时优先加工精度等级低的表面(虽然精加工切削余量小，但也会引起被切削工件微小变形)，然后再加工精度等级高的表面(精加工可以再次修正被切削工件的微小变形量)。

　　四、夹具的设计

　　如图 3 所示，该夹具采用由弹性心轴、锥度拉杆组成的胀套结构。

　　使用时，先固定弹性心轴在车床的卡盘上，然后再将锥度拉杆安装在弹性心轴中并通过螺纹联接车床的液压系统。

　　工作时，锥度拉杆沿轴向移动的，弹性心轴同时将会产生径向的胀开或收缩，但又受到零件内孔尺寸的限制，故可避免心轴因胀开而开裂，同时又实现对工件的夹紧。

　　对夹具结构说明：

　　1.件1为弹性心轴，材料为18CrMnTi，热处理硬度为HRC43-48。

　　右端被夹持直径为40mm，可用来夹持工件的内孔直径范围为30-42mm;刚好与工件上的Φ40 孔对应配合，使工件在夹具中定位及传递切削力。

　　锥孔与导向孔须在一次装夹中磨出，锥孔必须用标准锥度棒配磨，其接触印痕应≥80%。

　　2.件2为锥度拉杆，材料为18CrMnTi，大端直径为30毫米，锥度1：10，刚好与弹性心轴上的Φ30孔对应配合;图 3

　　五、结语

　　本文介绍薄壁零件常见种类，分析了薄壁零件在加工中较易出现的一些问题并提出了相应解决方法，希望在实际生产加工过程中能有一定的借鉴性。

　　另外对薄壁零件高精度、高效率加工的几种新型方法作了简单的阐述，虽然这些技术在国内加工水平还不够成熟，但只要我们紧跟世界各种先进切削技术发展步伐，加强对薄壁零件加工方法及工艺技术的研究，肯定会缩小与发达国家的制造能力上的差距，使各种先进制造技术得以推广发展。

　　参考文献

　　[1]卢培文，谌斌龙，薛峰.芯轴的数控车削工艺设计[J].机床与液压，2012，40

　　[2]汪小平.薄壁套筒零件的加工工艺分析[J].四川文理学院学报：教育教学研究专辑，2008，18

　　[3]李华志.数控加工工艺学.科学出版社; 第1版 (2013年11月1日)

　　薄壁零件的机械加工工艺【3】

　　摘 要：随着时代的进步与发展，薄壁零件因其较为节约材料和较轻的质量，已经逐渐被各个工业生产企业所广泛应用。

　　但薄壁零件的刚度较低，在加工过程中很容易发生形变，尤其是当对零件的各方面精度要求较高时，装夹力、道具和切削量中只要有一者的选择稍微失当，就会造成工件振颤，从而降低加工零件的精度，使最终成品不能满足加工要求[1]。

　　针对这种情况，本文对薄壁零件的机械加工工艺进行了一些探索，希望可以对薄壁零件机械加工工艺水平的提高起到一定的帮助。

　　关键词：薄壁零件;机械加工工艺;探索

　　0 引言

　　如今，薄壁零件的加工问题已经逐渐引起了相关领域的重视。

　　薄壁零件的刚度、强度都较低，很容易在加工的过程中产生形变，从而产生质量问题。

　　薄壁零件主要是指薄壁非管件，其含有盘类、套类以及其他不规则种类的薄壁零件，其造价较低、结构简单，为广大使用者所青睐[2]。

　　但其又十分脆弱，在加工中，只要装夹力、道具以及切削量等其中的一环存在问题，就会对其精确度造成较大的影响。

　　因此，如何有效提高薄壁零件加工过程中的精度是当前工业相关领域亟需解决的问题。

　　1 对薄壁零件机械加工精度造成影响的因素

　　所谓的机械加工精度，就是指设计中理想状态下加工后零件所具备的几何参数(主要是指尺寸与形状等)与实际加工出来零件所具有几何参数的误差大小。

　　在机械加工中，零件加工精度主要由加工零件与道具在加工过程中的位置关系来决定。

　　在加工的过程中，加工系统可能会出现各种类型的误差，从而对薄壁零件的加工精度造成影响，具体来说主要有以下几个方面的因素：

　　①机床的几何精度与刚性;

　　②刀具的品质好坏;

　　③夹具体的几何结构与受力和对零件的装夹方式;

　　④刀具的受力与形变：

　　⑤零件的形变;

　　⑥切削液的种类。

　　在具体的加工过程中，导致薄壁零件产生形变的主要原因有以下几点：

　　①焊接造成的影响。

　　薄壁零件很大一部分都是钢板焊接件，还有一部分铝质零件，在焊接过程中，很可能存在没有完全消除焊接应力的情况，导致在后续的程序中这些应力得到释放，从而造成零件的形变。

　　②装夹造成的变形。

　　在对薄壁零件进行机械加工的过程中，存有多道加工程序，而在每一道程序进行时都会对零件进行装夹，若是装夹方式不合理，从而对零件产生计划之外的应力，就会使零件发生形变。

　　装夹方式不合理导致的零件形变是薄壁零件产生形变的主要影响因素。

　　③刀具加工造成的形变。

　　在机械加工的过程中，刀具对零件进行切割时会产生应力，若是应力超出允许范围，则会使零件产生形变，对零件的力学性能造成影响。

　　④其他因素造成的变形。

　　在薄壁零件生产出来之后，许多单位要对其进行出厂前测试，这种压力测试也是导致其产生形变的原因之一。

　　2 保证薄壁零件机械加工精度的措施

　　2.1 对薄壁零件的刚度进行提升

　　在对薄壁零件进行机械加工时，对零件与工件的刚度进行提升是极为重要的。

　　提高加工件与机械之间的接触刚度，比如增大二者之间的接触面积，可以有效减少加工时零件的形变;也可以对薄壁零件的工艺刚度进行提升，比如在零件之间预加载荷，从而对配合间隙与局部产生的预变形加以消除[3]。

　　此外还可以利用弹性模量较大的材料来对接触面的硬度进行提升，从而使加工件的工艺刚度得到有效提高。

　　2.2 设计科学合理的加工夹具和装夹方法

　　图1为套类的薄壁零件，其结构相对简单，内外圆直径的差别非常小，因此其强度很低，若是装夹时对其造成的装夹力过大，则会导致其形变的产生，从而使最终成品存在误差;而若是对其装夹过松，则会导致切削过程中因其自身的松动而报废。

　　所以说，我们可以在对零件进行粗加工时装夹得紧一些，在精加工时对其装夹力度稍小一些，从而最大程度上减小其形变程度。

　　此外，还可以采用更合适的夹具来对零件进行装夹，增大夹具与加工件之间的受力面积，从而减小零件的形变程度，比如可以使用开缝套筒或者扇形软卡抓来对零件进行装夹，其对零件造成的影响较小。

　　我们也可以对装夹力的作用点进行转移，比如图1中的薄壁零件可以用图2中的夹具来进行加工。

　　其具体原理就是将径向装夹改为轴向装夹后，轴向装夹的应力更小，零件产生的形变也就越小，对零件的加工极为有利。

　　2.3 减少切削热对加工精度造成的影响

　　在对薄壁零件进行机械加工时，道具与零件接触会产生大量的摩擦热，温度急剧上升会使零件产生热形变，从而对零件的最终品质造成影响。

　　切削热可以用下面的公式来表示：

　　Q=Q变+Q摩=Q屑+Q工+Q具+Q介

　　其中，Q是切削过程所造成的总热量;

　　Q变是切削时产生形变的功所产生的热量;

　　Q摩是摩擦产生的热量;

　　Q屑、Q工、Q具、Q介则分别为切屑、工件、刀具和介质所产生的热量，其中刀具所产生的热量最多，约占总热量的五成到八成。

　　2.4 合理选择刀具的几何角度、切割用量以及切削液

　　在机械切削加工的过程中，径向切削力是造成零件形变的主要因素。

　　在加工过程中零件所受径向切削力的大小跟所用的刀具和切削用量等有着直接的关系。

　　刀具前角的大小决定了刀具的锋利度与切削的形变程度。

　　前角大的话，相对的切削形变和摩擦力就会变小，但前角过大会导致刀具楔角过小，从而导致刀具的强度较低，损坏较快。

　　切削力还在一定程度上受到切削用量的影响。

　　对此，我们可以在对薄壁零件进行粗加工时，选取大一些的背吃刀量和进给量;在进行薄壁零件的精加工时，选取小一些的;精车过程中最好采用较高的切削速度，但不宜过高。

　　对这些要素进行合理的控制就能对切削力进行控制，从而保证薄壁零件的形变量较少，进而对薄壁零件的加工精度做出保证。

　　切削液在切削过程中有着极为重要的作用，其主要表现在以下几点。

　　①润滑。

　　切削液在切削过程中可以对刀具与加工零件表面的摩擦力进行削减，从而减少切削力、摩擦等造成的零件损伤，对零件的加工性能进行改善。

　　②冷却。

　　切削液在加工零件发热时会发生汽化，从而带走零件与刀具上的部分热量，减少零件与刀具因热而产生的形变，保证薄壁零件的精度和刀具切割的准确性。

　　③清洗。

　　切削液可以对其接触到的加工部件和被加工零件进行较好的清洗作用，祛除切割过程中产生的粉末、油污等，防止因机床的污浊而对零件造成不良影响。

　　3 结束语

　　总而言之，在对进行薄壁零件进行机械加工过程中，要注意机械加工工艺的合理使用，从而保证薄壁零件的高精确性。

　　相关工作人员要加紧对于薄壁零件机械加工工艺的探索，对其进行不断的完善与创新，保证机械加工与制造行业的整体良性发展。

　　参 考 文 献

　　[1] 汪通悦.薄壁零件铣削稳定性数值仿真及实验研究[D].南京航空航天大学，2010.

　　[2] 罗跃.难加工材料薄壁零件的振动切削技术研究[D].四川大学，2004.

　　[3] 刘滨.薄壁类零件机械加工工艺研究[J].机械工程师，2014，11：242-243.

【薄壁螺纹零件的滚压加工工艺】相关文章：

薄壁零件数控车工加工工艺论文10-12

薄壁零件数控加工工艺质量改进措施论文10-11

大型薄壁深腔端框零件的车加工工艺分析论文10-09

外螺纹配合件加工工艺10-05

箱体类零件的加工工艺10-26

数控车床加工螺纹类零件方法的简介论文10-13

面薄壁零件数控加工技术研究论文10-08

耐压薄壁组件数控加工工艺探讨论文10-12

螺纹加工实际运用10-05