薄壁螺纹壳体零件批量加工工艺设计

■淮海工业集团有限公司 （山西长治 046012） 李绍忠 田晋玲 王彩芳 张泽云

薄壁螺纹壳体零件批量加工工艺设计

■淮海工业集团有限公司 （山西长治 046012） 李绍忠 田晋玲 王彩芳 张泽云

摘要：通过分析薄壁螺纹壳体零件的技术要求，结合零件加工特点和机床装夹方式，设计与机床匹配的夹具，选择方便快捷的装夹方式，解决了加工中易出现的零件容易变形、切削效率不高及良品率较低等问题，保证了产品加工精度和设计要求。

1. 零件分析

我单位生产的某薄壁螺纹壳体零件如图1所示，该零件材料为40Cr，最小壁厚1.45mm，零件热处理后硬度320～360HBW。产品要求以螺纹为基准，保证与大端面的垂直度要求和外形的跳动要求。该薄壁零件在加工中存在的加工难点是：①要克服切削应力和装夹对零件造成的形变。②要保证零件表面粗糙度质量和相关尺寸精度。③零件形位公差以内螺纹为基准，对夹具设计的要求较高。

图1　薄壁螺纹壳体零件

2. 工艺方案设计

零件毛坯为钢管，传统的加工方法为：夹紧毛坯加长部位→完成外圆弧形→完成内孔弧形及螺纹加工→切断保证长度尺寸。这样能保证产品质量，也能较好地克服加工过程中的变形问题。由于每个零件均带有工艺夹头，应用这种工艺方法在大批量生产中，会造成对原材料的极大浪费。

根据零件的结构特点、大批量生产特性和材质切削特性，确定如下加工工艺路线：①平端面保证长度63mm、车外圆φ104mm和内孔φ78mm。②热处理保证硬度320～360HBW。③半精车端面、外圆柱，消除热处理变形。④半精车另一端面，内孔及内弧形留1mm余量。⑤平端面，车M96螺纹。⑥以M96螺纹和大端面定位，精车内外形，并保证长度。

工艺要点说明如下：

（1）工序③、④为半精车工序，壳体零件通过半精车工序，有效控制了变形，随着零件加工余量的逐渐去除，零件的应力逐渐释放，为后续加工减少形变打下良好的基础。

（2）工序⑤对螺纹及端面进行精加工，为精加工内外形提供精确定位基准。该工序加工时，因为外圆及内孔和内弧形已加工过，零件壁厚已经变薄，卡盘夹紧时，要产生夹紧变形。因此，要求夹紧部位必须与加工部位

（螺纹加工）有一定的间距，并保证一定的夹持力，以防止夹持力不够或因夹持力过大造成的形变。

（3）工序⑥精车内外形，以螺纹和大端面为基准，将内外形在一次装夹中同时加工，以保证尺寸和形位公差要求。如用卡盘撑胀方式夹紧螺纹底孔，径向受力必然导致零件的弹性变形，尺寸和形位公差无法保证，还易造成螺纹损坏。而以螺纹和大端面为基准轴向拉动夹紧，则不会产生径向夹紧变形和螺纹损坏。因此用螺纹夹具轴向拉动夹紧的方式，能有效地减少零件形变的发生，同时，还有利于零件装夹和卸下，很好地保证了产品的精度要求和生产效率。

3. 螺纹夹具设计

螺纹夹具结构如图2所示，由拉杆、过渡套、螺钉销、本体和螺纹心轴组成。

本体与数控车床主轴联接。螺纹心轴的右端螺纹心轴与零件联接，圆柱部位与本体配合，左端小螺纹通过过渡套与拉杆联接。拉杆左端直接与机床油缸联接。使用时，零件螺纹旋入螺纹心轴，机床油缸拉紧拉杆，实现了零件的定位和拉紧；加工完成后，拉杆推出，将零件旋出螺纹心轴，则取下了零件。制作螺纹夹具时，螺纹夹具的本体定位端面由加工机床车成，保证与主轴的垂直度要求。零件螺纹在上道工序对尺寸公差要进行内控压缩，使零件与螺纹心轴联接后径向跳动在产品要求范围之内，以保证零件形位公差的要求。

图2　螺纹夹具示意图

4. 刀具及切削用量选择

（1）在应用螺纹夹具车内外形时，要注意刀具的副偏角应大于零件圆弧切线角；在零件轴向对刀必须准确，避免车内形刀杆与螺纹心轴端面产生干涉。

（2）精车内外形时，要将粗、精加工工序的刀具分开。精加工刀具刀片前角要稍大，刀尖圆角要较小，保证刀片足够锋利，减小切削应力给零件带来的形变。

外圆刀杆两把，型号为MDJNL2525M15，主偏角93°，安装D型（55°菱形）负角型刀片。粗加刀片为DNMG150608-DM；精加刀片为DNMG150604 -PF。

内孔车刀两把，型号为S32U -SDQCL11，主偏角107.5°安装D型正角型刀片。粗加刀片为DCMT11T304-PM；精加刀片为DCMT11T304-PF。

（3）在加工薄壁零件过程中，切削用量以浅切深、高转速、小进给为宜。主要切削参数（其中n为转速，ap为切深，f为进给量）选择如下。①外圆粗加工：n=500r/min，ap=0.75mm, f=0.25～0.30mm/r。②内孔粗加工：n=500r/min，ap=0.60mm，f=0.20～0.30mm/r。③外圆精加工：n=550r/min，ap=0.10mm，f=0.10～0.15mm/r。④内孔精加工：n=550r/min，ap=0.15mm，f=0.10～0.15mm/r。

（4）为了减小切削热对零件变形的影响，加工中要进行充分冷却。

5. 结语

通过1 0 0多万件的生产证明，此类螺纹薄壁零件采用先进的加工工艺方法、合适的刀具材料及几何角度、合理的螺纹夹具，完全能够解决零件加工中的变形问题，并且满足大批量生产的要求。既保证了产品尺寸精度要求，也节约了大量原材料，为企业创造了更大的经济效益与价值。

参考文献：

[1] 杨叔子. 机械加工工艺师手册[M]. 北京：机械工业出版社，2001.

[2] 蔡春源，汪恺，等. 机械设计手册[M]. 北京：机械工业出版社，2000.

[3] 余光国，马俊. 机床夹具设计[M]. 重庆：重庆大学出版社，2005.

[4] 朱耀祥，浦林祥. 现代夹具设计手册[M]. 北京：机械工业出版社，2010.

收稿日期：（20141107）