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摘 要：罩類零件是彈體結(jié)構(gòu)的重要組成零件之一，生產(chǎn)工藝在罩類零件的質(zhì)量保證方面具有決定性作用。各種工藝方法都有自己的優(yōu)缺點(diǎn)和適用場合，其中適應(yīng)性最強(qiáng)、使用頻率最高的便是罩類零件的車削工藝。針對(duì)罩類零件的車削工藝，通過大量工藝試驗(yàn)積累的數(shù)據(jù)參數(shù)和技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，在闡述了罩類零件薄壁的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及各項(xiàng)嚴(yán)格的技術(shù)要求的基礎(chǔ)上，提出了包括沖壓模具設(shè)計(jì)、工裝設(shè)計(jì)、測量方法選用、刀具及切削參數(shù)選擇、工藝路線確定等在內(nèi)的罩類零件的具體工藝方案，對(duì)指導(dǎo)相關(guān)產(chǎn)品生產(chǎn)具有一定的參考價(jià)值。
關(guān)鍵詞：罩類零件；刀具：模具
罩類零件在加工生產(chǎn)中具有精度要求高、易變形和工藝性差等特點(diǎn)，采用不同的加工方法對(duì)零件的質(zhì)量、生產(chǎn)效率和成本具有明顯的影響。旋壓成型的方法，其設(shè)備造價(jià)頗高；鍛造成型法僅局限于零件的毛坯生產(chǎn)。
這些加工方法的后續(xù)工序仍需要進(jìn)行車削加工。車削加工設(shè)備普遍應(yīng)用于機(jī)械加工領(lǐng)域，其生產(chǎn)方便、成本低、加工適應(yīng)性強(qiáng)，尤其在罩類零件的加工中，越來越體現(xiàn)出它的優(yōu)勢。本文針對(duì)罩類零件特點(diǎn)進(jìn)行車削工藝研究，所得到的技術(shù)成果可供同類零件加工參考。
１ 、概述
１．１ 罩類零件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
罩類零件是彈體結(jié)構(gòu)的重要零件之一，其常見種類如圖１所示。
從罩類零件的結(jié)構(gòu)特征來看，它們基本都屬于薄壁件，其加工部位主要是內(nèi)外圓弧面、內(nèi)外圓錐面、內(nèi)外曲線面及大小端面等。
?。保病≌诸惲慵募夹g(shù)要求
罩類零件的內(nèi)外型面與特殊部位接觸，通常對(duì)其尺寸精度要求較高（為ＩＴ５——ＩＴ８）。罩類零件的形狀精度主要是指圓度、圓柱度，一般應(yīng)將其限制在尺寸公差范圍內(nèi)。對(duì)精度要求高的零件，應(yīng)在圖樣上標(biāo)注其形狀公差。常見的位置精度是指對(duì)內(nèi)外型面的壁厚差要求，即同軸度一般規(guī)定為 ０．０１——０．０３ ｍｍ。另外，大小端面相對(duì)于軸線的垂直度一般規(guī)定為 ０．０１——０．０５ｍｍ。根據(jù)不同的零件材料，相應(yīng)的表面粗糙度為Ｒａ０．８——Ｒａ１．６μｍ。
１．３ 、罩類零件的材料、毛坯及熱處理
此類零件根據(jù)不同工作條件和使用要求選用不同的材料和熱處理方式，以獲 得 相應(yīng)的力學(xué)性能。常見的材料有銅、鉭、及鈦合金等。罩類零件最常用的毛坯是圓棒料、
鍛件、沖壓件和旋壓件。毛坯經(jīng)過加熱鍛造后，能使金屬內(nèi)部纖維組織沿表面均勻分布，可獲得較高的抗拉、抗彎及抗扭強(qiáng)度，同時(shí)能節(jié)約材料，減少機(jī)械加工余量。沖壓件一般有冷沖壓和熱沖壓，對(duì)于體積較大的罩體零件，采用熱沖壓時(shí)容易形成毛坯表面超硬層，如果鈦合金材料沖壓后的硬度＞６０ ＨＲＣ，這將給加工帶來難度。
冷沖壓一般用于中小型圓弧罩體零件，通過專用模具將板材沖壓成待加工狀態(tài)，同樣節(jié)省材料，適用于大批量生產(chǎn)。將一定形狀的板材在旋壓機(jī)上加工形成的罩類旋壓件可以獲得很高的尺寸和幾何精度，后續(xù)只需進(jìn)行工件長度方向上的加工即可。單件小批量的產(chǎn)品采用圓棒料加工比較經(jīng)濟(jì)，留工藝臺(tái)后加工成形，可以節(jié)省模具費(fèi)用。罩類零件有再結(jié)晶軟化退火、晶粒細(xì)化和低溫時(shí)效等熱處理要求，大多在毛坯鍛造和熱沖壓出廠時(shí)已經(jīng)完成，本文不再討論和安排熱處理工序。
?。病?、罩類零件的工藝方案設(shè)計(jì)
?。玻薄±錄_壓模具的設(shè)計(jì)
采取冷沖壓的銅、鉭板類材 料，依 據(jù) 罩 體 零 件尺寸設(shè)計(jì)沖壓模具。本文介紹一種相對(duì)簡單實(shí)用的沖壓模具（見圖２）
根據(jù)該零件的尺寸，選取板料厚度、毛坯尺寸， 形成毛坯加工圖（見圖３）
先確定 毛 坯 外 弧 面，一 般是外弧 面 對(duì) 應(yīng) 外 弧 面，如果零件是變壁厚的就以小圓弧為基準(zhǔn)往外留出加工余量，然后按板料厚度往下平移形成內(nèi)弧面，內(nèi)、外弧面應(yīng)能包絡(luò)零件外形尺寸。過渡圓弧選Ｒ３——Ｒ５ｍｍ，圓環(huán)臺(tái)外徑則保證單邊至少５ｍｍ 余量。根據(jù)毛坯加工圖，設(shè)計(jì)沖壓模具如圖４所示。
凹、凸模通過中心的導(dǎo)向柱進(jìn)行沖壓。使用時(shí)，先將凹模平放涂油，放入板料，壓上凸模，逐漸增加壓力至工藝要求。脫模時(shí)，采用細(xì)銅棒插入凹模中心的通孔內(nèi)輕敲毛坯。
?。玻病《ㄎ换鶞?zhǔn)的選擇與轉(zhuǎn)換
罩類零件的定位基準(zhǔn)一般都在工藝臺(tái)上，根據(jù)加工需要，工藝臺(tái)可以設(shè)計(jì)成圓柱、圓環(huán)和錐臺(tái)等。圓棒料加工的罩體類零件主要采用圓柱和圓環(huán)工藝臺(tái)定位；鍛造件和沖壓件主要采取圓柱和錐臺(tái)定位，其中沖壓的圓弧類罩體零件主要以圓環(huán)定位，有時(shí)可采用中心孔作為輔助基準(zhǔn)。
?。玻场Ｓ霉ぱb的設(shè)計(jì)
沖壓完后的毛坯進(jìn)行切邊處理，需要使用的工裝如圖５所示。加工時(shí)先與待加工半成品的外弧面配車堵頭２端面上的內(nèi)弧面，然后將堵頭１裝夾固定在主軸上，與待加工半成品的內(nèi)弧面配車端面上的圓弧凸臺(tái)。工件放在兩堵頭的內(nèi)、外圓弧面之間，用百分表找正后進(jìn)行加工。
經(jīng)過切邊、車制形成的裝夾基準(zhǔn)需要采取定位胎具進(jìn)行夾持，常見的定位工裝有如下２種。
１）以圓環(huán)類工藝臺(tái)定位的工裝。將工件上的圓 環(huán)臺(tái)放入定心軸（見圖 ６）口部的臺(tái)階孔內(nèi)，用背帽壓緊。定心軸上的臺(tái)階定位孔與工件上圓環(huán)定位臺(tái)的配合間隙直接決定零加工的同軸度，間隙越小，同軸度越 高。該種 工 裝 的優(yōu)點(diǎn)是符合定位基準(zhǔn)統(tǒng)一原則，工件的內(nèi)、外型加工的定位基準(zhǔn) 不變可以獲得較高的加工精度；缺點(diǎn)是定心軸上的臺(tái)階定位孔與工件上圓環(huán)定位臺(tái)的配合間隙不易控制，還需要控制圓環(huán)臺(tái)的長度以便于拆卸工件。
?。玻┮怨に囧F臺(tái)定位的工裝。該種工裝容易獲得很高的幾何精度，定位基準(zhǔn)是工件的內(nèi)錐面和外錐面。當(dāng)外錐面定位時(shí)，背帽壓緊工件端面；當(dāng)內(nèi)錐面定位時(shí)，錐套背帽壓緊工件的外錐面。該種工裝需要在工件大端方向留出５——１０ｍｍ軸向余量的工藝錐臺(tái)。外錐面定位工裝（見圖７）的定位錐面可以根據(jù)需要決定錐面長度，大小端處錐面定位，錐面中間空出的情況更有利于裝夾使用。錐面精度應(yīng)與工件保持一致，必要時(shí)適當(dāng)研磨。
內(nèi)錐面定位工裝（見圖８）使用方法同上，唯一不同的是在錐套背帽壓緊工件后留出的工件長度應(yīng)大于零件的總長。
以錐面罩的內(nèi)、外錐定位的三維示意圖如圖 ９所示。
對(duì)于曲面罩的定位工裝，可以根據(jù)罩體的深淺決定使用上述的哪種工裝，僅改變工裝定位面的形狀就可以滿足加工需要。當(dāng)罩體的內(nèi)、外型加工完成后，再次配車圖５所示的外圓切邊工裝，并使用該工裝進(jìn)行總長和外圓尺寸的后續(xù)加工。
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針對(duì)不同的加工材料，經(jīng)過生產(chǎn)實(shí)踐，總結(jié)出使用的刀具種類和相應(yīng)的切削參數(shù)，對(duì)產(chǎn)品的車削加工具有一定的指導(dǎo)意義。罩類零件常見的３種材料對(duì)應(yīng)的刀具及切削參數(shù)見表１。
２．５ 測量方法
在工件的檢測方面，粗加工和半精加工中使用通用的量具，如游標(biāo)卡尺、萬能角度尺和百分表等。在精加工中，選用特制的壁厚檢測量具結(jié)合三坐標(biāo)測量機(jī)進(jìn)行檢測。有的零件對(duì)同一剖切面壁厚差有嚴(yán)格要求，這就需要對(duì)零件壁厚差進(jìn)行精確測量。當(dāng)現(xiàn)有的壁厚檢測量具無法對(duì)零件進(jìn)行全形面壁厚檢測時(shí)，可以設(shè)計(jì)專用量具來測量。這里推薦一種手握式壁厚檢測量具，該量具采用千分表和量塊輔助工具對(duì)零件進(jìn)行測量，具有測量精度高、速度快、尺寸和長度范圍大等優(yōu)點(diǎn)。
手握式壁厚檢測量具示意圖如圖１０所示。
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根據(jù)罩類零件的回轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)、零件的高精度和表面質(zhì)量，車削加工工藝路線為：粗車→半精車→精車。具體工藝路線如圖１１所示。
?。场?、關(guān)于車削工藝的說明
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?。硞€(gè)加工階段的劃分可以有效消除金屬殘余應(yīng)力，從而獲得較高的加工精度。比如，零件為內(nèi)、外錐結(jié)構(gòu)，使用內(nèi)、外錐面互為基準(zhǔn)，通過３個(gè)階段的反復(fù)加工來滿足產(chǎn)品的壁厚和同軸度等要求。對(duì)于罩類零件有外圓和總長度尺寸要求的，一般都放在最后一道車外圓工序。這時(shí)采用圓弧定心胎或者內(nèi)錐定心胎固定工件，并用百分表找正，使跳動(dòng)小于產(chǎn)品同軸度要求后車制成形。
?。常病」ば蛟O(shè)備與工件表面質(zhì)量
罩類零件的表面質(zhì)量要求高，在數(shù)控車床選擇方面，應(yīng)選擇具有恒線速的數(shù)控車床，保證加工錐面時(shí)切削速度恒定，從而滿足表面質(zhì)量要求。
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由于某些零件的尺寸較大，在精加工過程中一次走刀時(shí)間較長，這樣會(huì)造成刀具的微量磨損，從而影響整個(gè)形面的壁厚差要求。此時(shí)可利用程序微量調(diào)整法，用以消除因刀具磨損而產(chǎn)生的壁厚差問題。具體操作方法是先把內(nèi)形面精加工完成后，在精加工外形面時(shí)，把相應(yīng)各坐標(biāo)點(diǎn)按半精加工外形面所測壁厚實(shí)際尺寸，按比例補(bǔ)償調(diào)整。
?。础 ⒔Y(jié)語
經(jīng)過實(shí)際生產(chǎn)的檢驗(yàn)，罩類零件的沖壓模具方便實(shí)用，工裝定位精度較高，刀具及切削參數(shù)切合實(shí)際，量具測量準(zhǔn)確，工藝方案設(shè)計(jì)合理，已經(jīng)產(chǎn)生了一定的經(jīng)濟(jì)效益。罩類零件的車削工藝能夠彌補(bǔ)其他加工工藝的不足，在實(shí)際生產(chǎn)中具有加工適應(yīng)性強(qiáng)、快速可靠、成本低和質(zhì)量穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)。本文所提到的工藝方案設(shè)計(jì)、專用工裝、測量器具、刀具及切削用量可操作性強(qiáng)，在指導(dǎo)產(chǎn)品生產(chǎn)方面具有參考價(jià)值。
西安現(xiàn)代控制技術(shù)研究所 作者：劉強(qiáng)，孫韶渝，李威宇，郭志偉，康朝旭
