解決加工薄壁零件過程中變形的方法

發(fā)布日期:2016-04-29    蘭生客服中心    瀏覽:16009

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(diǎn),同時(shí)該特點(diǎn)也廣泛應(yīng)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(qiáng)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(jìn)行加工,就要對(duì)工件的裝夾、加工路線、程序的編制等方面進(jìn)行試驗(yàn),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(gè)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(huì)引起工件熱變形,使工件尺寸難于控制;易振動(dòng)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(dòng)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(gè)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(shí)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(tái)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(gè)頂針頂靠凸臺(tái)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(gè)等高定位塊定位,三個(gè)拉爪壓緊來粗精加工反面的軸承孔并確保長(zhǎng)短尺寸(見圖4-1);

加工順序?yàn)椋?/p>

  從加工表面分析,因表面粗糙度正常,無振動(dòng)造成的抖紋,可排除受振動(dòng)影響;變換多個(gè)受力點(diǎn)及壓緊點(diǎn),無改善;考慮到受熱可能對(duì)其造成影響,在各個(gè)時(shí)間點(diǎn)對(duì)產(chǎn)品尺寸進(jìn)行測(cè)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(dòng)及工裝的三個(gè)等高定位塊不平,把磁力表座吸在刀架上,對(duì)車床主軸跳動(dòng)進(jìn)行檢測(cè),發(fā)現(xiàn)它的徑向跳動(dòng)只有0.002mm,符合正常跳動(dòng)范圍。另外,對(duì)三個(gè)等高塊的定位面在機(jī)床本體上進(jìn)行切削。用百分表測(cè)試,平面度也只有0.005mm。蘭生針對(duì)這種現(xiàn)象進(jìn)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(dāng)工件加工余量不均勻,或者工件硬度不均勻時(shí),使得切削力發(fā)生變化,因而也會(huì)引起工件產(chǎn)生圓度誤差。當(dāng)車削工件時(shí),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(shí),切削力大,因此產(chǎn)生的變形也大,切深小時(shí),則切削力小,變形也小,這樣加工后的零件也會(huì)有圓度誤差。切削力不均勻,有時(shí)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(dāng)動(dòng)平衡不均勻而造成離心力到達(dá)一定數(shù)值后引起系統(tǒng)變形導(dǎo)致零件產(chǎn)生圓度誤差。在車削零件時(shí),由于旋轉(zhuǎn)部分不平衡,在每一轉(zhuǎn)中,這個(gè)離心力的方向有時(shí)與切削力方向相同,有時(shí)相反。所以,這個(gè)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(huì)越大。

  3、毛坯的內(nèi)應(yīng)力鑄造毛坯內(nèi)部殘余內(nèi)應(yīng)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(fù)到?jīng)]有內(nèi)應(yīng)力的狀態(tài)。若對(duì)這些毛坯進(jìn)行切削加工,表面層金屬被去掉,原有的應(yīng)力平衡狀態(tài)被破壞,工件就會(huì)發(fā)生變形,使應(yīng)力達(dá)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(duì)上述三個(gè)可疑點(diǎn)進(jìn)行驗(yàn)證:

   、賹ⅲ保凹骷埃保凹庸ね甑妮嗇炦M(jìn)行多點(diǎn)硬度測(cè)試,硬度波動(dòng)范圍在合格范圍內(nèi),不會(huì)對(duì)加工尺寸造成直接影響;

    ②請(qǐng)某動(dòng)平衡公司對(duì)該工裝進(jìn)行動(dòng)平衡測(cè)量,所產(chǎn)生的離心力未使工件軸心產(chǎn)生偏移;

   、垡蠖嗄甑墓┴洀S家提供時(shí)效處理三年的樣件進(jìn)行試加工,橢圓依舊出現(xiàn)。

  排除上述三個(gè)疑點(diǎn)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(cè)量軸承內(nèi)孔直徑,發(fā)現(xiàn)NHR輪芯20#工序在機(jī)床上測(cè)量有0.002mm的橢圓,拿下來測(cè)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(diǎn)也在法蘭面,在加工反面時(shí)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(fù)成凹形,從而導(dǎo)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(shí)間為3.6分鐘),長(zhǎng)時(shí)間夾緊導(dǎo)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(shí)零件又經(jīng)常打滑。減少正面車法蘭面時(shí)的夾具夾緊時(shí)間應(yīng)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(shí)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(gè)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(guó)SPINNER斯賓納TTC300系列雙刀塔數(shù)控車床車削中心

  德國(guó)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(jìn)的數(shù)控系統(tǒng)和驅(qū)動(dòng)裝置,是用于盤類工件加工的最佳內(nèi)置自動(dòng)化解決方案。

概述 指標(biāo)項(xiàng)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(zhǎng)車削長(zhǎng)度 mm ~400 ~400
行程 X1 / X2 / Y/ Z 180/110/(+40/-40)/450 180/110/(+40/-40)/450
快進(jìn) 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
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