CN107442780A - 一种用于解决脆性薄壁异型零件脆裂的加工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于解决脆性薄壁异型零件脆裂的加工方法，其特征是：它包括如下步骤：步骤1将零件安排在简易数控车设备上加工；步骤2采用加工辅助装置对零件进行装夹；步骤3粗加工阶段：1）粗车零件小端的端面和小端的外圆及肩部端面，2）粗加工小端孔；步骤4）半精加工阶段：1）车小端的端面到规定尺寸，车小端的外圆及肩部端面；2）车小端孔；步骤5）精加工阶段：1）车小端的外圆及肩部端面到规定尺寸；2）车小端孔到规定尺寸。本发明通过采用加工辅助装置对零件进行装夹，以减小零件变形，避免加工脆裂问题。

Description

一种用于解决脆性薄壁异型零件脆裂的加工方法
技术领域
本发明涉及机械加工领域，是一种用于解决脆性薄壁异型零件脆裂的加工方法。
背景技术
酚醛玻璃纤维层压塑料是一种热固性塑料，因其具有机械强度高、耐冲击性能好、比强度可与高强度金属相媲美，以及耐湿、耐温、防霉、绝缘性能良好等特点，因而广泛应用于制造大型复杂塑料壳体类零件和电器类零件等。现有的线包壳体零件就是采用酚醛玻璃纤维层压塑料制成的脆性薄壁异型零件。对脆性薄壁异型零件的加工主要是针对此类线包壳体零件小端的端面和小端的外圆及肩部端面进行加工。
这类零件具有结构复杂、形状特异（外曲面上分布有多处凸台，零件一端伸出不规则形状的凸起）、壁薄（内腔曲率半径为R36，外表面曲率半径为R37，最薄处壁厚仅为1mm）、结构工艺性差、难装夹、难加工、性脆易裂等特点。
从材料方面上讲，标准定义的脆性材料为：在外力作用下（如拉伸、冲击等）仅产生很小的变形即破坏断裂的材料。脆性材料失效一般是断裂，用抗拉强度衡量。该脆性薄壁异型零件采用的酚醛玻璃纤维压塑料是一种硬而脆的热固性塑料。其主要缺点是性脆、耐电弧性差等。其拉伸强度在35～126/MPa范围内，属于典型的脆性材料。
从结构方面上讲，按照机械加工行业标准规定，薄壁件的定义为：壁厚与内径或轮廓尺寸之比小于1:20的零件即为薄壁零件。该脆性薄壁异型零件的内腔直径约为72mm，壁厚为1mm，壁厚与内径尺寸之比远小于1:20，属于典型的薄壁零件。
从机械加工角度上讲，此类零件结构复杂、形状不规则、且壁薄易脆裂，在外露表面上很难找到合适的夹（压）紧部位。在加工中因装夹受力以及切削受力的综合影响下极易产生脆裂而导致零件报废。这些问题给目前的加工方式造成了很大困扰。
采用常规的加工方法，在加工外形时要通过换压板的方式，如图1所示（其中，图1中的（a）是主视图，图1中的(b)是剖视图），先在图1中肩部端面1进行轴向压紧，加工小端的端面2和小端孔1-2；然后停机换压板，在图1中小端的端面2进行二次压紧加工小端的外圆和肩部端面。
此方法存在问题：1）第一次压紧加工时，因压紧面为压塑毛坯面，受结构限制压紧面小造成装夹不牢靠，而且压紧面平整度不好造成加工质量不佳。2）前后两次压紧加工时，压紧面距定位面距离较远，且压紧着力点下部为空腔。因受力点悬空使该部位产生弯曲变形，导致材料纤维组织方向上承受拉应力。而对于脆性材料来说，在材料纤维组织方向上承受的拉应力超过材料拉伸强度时产生断裂。因此该方法易使零件内腔拐点处（易裂部位1-1）在加工过程中受力开裂，导致产品合格率一直处于低位，造成很大的成本浪费。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于解决脆性薄壁异型零件脆裂的加工方法。该方法重点是解决此类脆性薄壁异型零件的装夹及加工脆裂问题。通过对零件在加工过程中的受力情况分析，找出最佳装夹部位。并采用加工辅助装置对零件进行装夹，以减小零件变形，避免加工脆裂问题。
本发明的技术方案是：一种用于解决脆性薄壁异型零件脆裂的加工方法，其特征是：它包括如下步骤：
步骤1将零件安排在简易数控车设备上加工；
步骤2采用加工辅助装置对零件进行装夹；
步骤3粗加工阶段：
1）粗车零件小端的端面和小端的外圆及肩部端面；
2）粗加工小端孔；
步骤4）半精加工阶段：
1）车小端的端面到规定尺寸，车小端的外圆及肩部端面；
2）车小端孔；
步骤5）精加工阶段：
1）车小端的外圆及肩部端面到规定尺寸；
2）车小端孔到规定尺寸。
所述步骤3粗加工阶段：1）粗车零件小端的端面和小端的外圆及肩部端面，小端的端面留加工余量0.1mm，小端的外圆直径方向留加工余量0.3mm；2）粗加工小端孔，小端孔直径方向留加工余量0.3mm。
所述步骤4）半精加工阶段：1）车小端的端面到规定尺寸，车小端的外圆及肩部端面，小端的外圆直径方向留加工余量0.1mm；2）车小端孔，小端孔直径方向留加工余量0.1mm。
所述步骤5）精加工阶段：1）车小端的外圆及肩部端面到规定尺寸，保证尺寸Φ54-0.03 -0.104及对定位基准跳动0.05mm；2）车小端孔到规定尺寸，保证尺寸Φ51+0.12 0及对定位基准跳动0.05mm。
所述步骤2中的加工辅助装置，它包括本体、连接螺杆、压杆和压紧螺母；本体顶部的中心位置设置有连接螺杆，压杆左右对称的垂直设置在连接螺杆上，并通过压紧螺母紧固。
所述本体是由圆柱、圆台和定位心轴组成的一体结构，圆台上大下小，圆柱一端设置在圆台大的一端上，圆柱的直径大于大端的圆台的直径；圆柱另一端设置有直径小于圆柱直径的定位心轴 ，圆柱侧面设置有让位凹槽。
所述圆台与设备连接处为5#莫氏锥度。
所述连接螺杆是由螺纹杆体和底座组成一体结构，螺纹杆体位于底座中心处，底座通过沉头螺钉和定位销设置在本体上。
所述压杆中部设置有用于连接螺杆的螺纹杆体通过的通孔，在通孔左右两端的压杆上表面上对称设置有凹台平面。
本发明的优点是：通过对零件结构及其在加工过程中的装夹受力和切削受力进行分析，利用零件内外表面结构特征分布特点，确定最佳装夹和施力部位。采用加工辅助装置，利用零件曲面圆周上的孔穿压杆实施轴向压紧，使压紧着力点到定位面为实体受力，既可使零件避免承受拉应力，同时增强零件加工工艺刚性，减小零件加工变形和加工振动；合理安排工步内容和加工顺序；提高零件加工质量和合格率。
下面结合实施例及附图对本发明作进一步说明，但不作为对本发明的限定。
附图说明
图1是脆性薄壁异型零件结构示意图；其中，图1中的（a）是主视图，图1中的(b)是剖视图；
图2是加工辅助装置结构示意图；
图3是加工辅助装置装夹脆性薄壁异型零件的连接示意图；
图4是压杆的结构示意图，其中图4中的a是主视图，图4中的b是剖视图；
图5是连接螺杆结构示意图；其中图5中的a是主视图，图5中的b是侧视图；
图中：1、肩部端面；1-1、易裂部位；1-2、小端孔；2、小端的端面；3、小端的外圆；4、本体；4-1、圆柱；4-2、圆台；5、连接螺杆；5-1、螺纹杆体；5-2、底座；6、压杆；6-1、通孔；6-2、凹台平面；7、压紧螺母； 8、定位心轴；9、零件大端凸起部分；10、让位凹槽。
具体实施方式
实施例1
一种用于解决脆性薄壁异型零件脆裂的加工方法，它包括如下步骤：
步骤1将零件安排在简易数控车设备上加工；
步骤2采用加工辅助装置对零件进行装夹；
步骤3粗加工阶段：
1）粗车零件小端的端面2和小端的外圆3及肩部端面1；
2）粗加工小端孔1-2；
步骤4）半精加工阶段：
1）车小端的端面2到规定尺寸，车小端的外圆3及肩部端面1；
2）车小端孔1-2；
步骤5）精加工阶段：
1）车小端的外圆3及肩部端面1到规定尺寸；
2）车小端孔1-2到规定尺寸。
实施例2
一种用于解决脆性薄壁异型零件脆裂的加工方法，它包括如下步骤：
步骤1将零件安排在简易数控车设备上加工；
步骤2采用加工辅助装置对零件进行装夹：
如图2所示：所述的加工辅助装置，它包括本体4、连接螺杆5、压杆6和压紧螺母7；本体4顶部的中心位置设置有连接螺杆5，压杆6左右对称的垂直设置在连接螺杆5上，并通过压紧螺母7紧固。
所述本体4是由圆柱4-1、圆台4-2和定位心轴8组成的一体结构，圆台4-2上大下小，圆柱4-1一端设置在圆台4-2大的一端上，圆柱4-1的直径大于大端的圆台4-2的直径；圆柱4-1另一端设置有直径小于圆柱直径的定位心轴8 ，圆柱4-1侧面设置有让位凹槽10。
所述圆台4-2与设备连接处为5#莫氏锥度。
如图5所示（其中图5中的a是主视图，图5中的b是侧视图）：所述连接螺杆5是由螺纹杆体5-1和底座5-2组成一体结构，螺纹杆体5-1位于底座5-2 中心处，底座5-2通过沉头螺钉和定位销设置在本体1上。
如图4所示（其中图4中的a是主视图，图4中的b是剖视图）：所述压杆6中部设置有用于连接螺杆2的螺纹杆体5-1通过的通孔6-1，在通孔6-1左右两端的压杆6上表面上对称设置有凹台平面6-2。
步骤3粗加工阶段：
1）粗车零件小端的端面2和小端的外圆3及肩部端面1，小端的端面2留加工余量0.1mm，小端的外圆3直径方向留加工余量0.3mm；2）粗加工小端孔1-2，小端孔1-2直径方向留加工余量0.3mm；
步骤4）半精加工阶段：
1）车小端的端面2到规定尺寸，车小端的外圆3及肩部端面1，小端的外圆3直径方向留加工余量0.1mm；
2）车小端孔1-2，小端孔1-2直径方向留加工余量0.1mm；
步骤5）精加工阶段：
1）车小端的外圆3及肩部端面1到规定尺寸，保证尺寸Φ54-0.03 -0.104及对定位基准跳动0.05mm；2）车小端孔1-2到规定尺寸，保证尺寸Φ51+0.12 0及对定位基准跳动0.05mm。
实施例3
将图1中零件安排在简易数控车设备上加工。加工前，先预热设备使其空转30min，以此使设备达到稳定加工状态。
采用图2所示加工辅助装置对图1所示零件进行装夹，装夹后的连接如图3所示。
所述的加工辅助装置，它包括本体4、连接螺杆5、压杆6和压紧螺母7；本体4顶部的中心位置设置有连接螺杆5，压杆6左右对称的垂直设置在连接螺杆5上，并通过压紧螺母7紧固。
所述本体4是由圆柱4-1、圆台4-2和定位心轴8组成的一体结构，圆台4-2上大下小，圆柱4-1一端设置在圆台4-2大的一端上，圆柱4-1的直径大于大端的圆台4-2的直径；圆柱4-1另一端设置有直径小于圆柱直径的定位心轴8 ，圆柱4-1侧面设置有让位凹槽10。
所述圆台4-2与设备连接处为5#莫氏锥度；兼具连接和定位功能；
所述连接螺杆5是由螺纹杆体5-1和底座5-2组成一体结构，螺纹杆体5-1位于底座5-2中心处，底座5-2通过沉头螺钉和定位销设置在本体1上。连接螺杆与本体靠沉头螺钉和定位销进行刚性机械连接；
压杆中部设置有直径略大于连接螺杆螺纹直径的通孔，对称于孔在孔两端设计凹台平面，使压紧螺母的压紧面为平面；压紧螺母芯部螺纹孔与连接螺杆螺纹配合，压紧螺母大端圆周表面设置为滚花表面，便于手动拧紧。
使用加工辅助装置对零件进行装夹的具体步骤为：①先将连接螺杆与本体用沉头螺钉和定位销进行刚性连接，再将本体莫氏椎部分装入机床主轴孔中。校正定位心轴至跳动0.01mm以内，然后固定好本体。②将压杆插入零件圆周面上的孔，并使压杆中部的通孔轴线与零件定位孔轴线保持一致。③使零件大端凸起部分9对应本体让位凹槽10，将零件大端定位孔套入本体定位心轴中，同时零件带动压杆上的孔套入连接螺杆上。④将压紧螺母从零件小端孔中塞入，对准连接螺杆螺纹部分，手动拧紧或使用力矩扳手拧紧压紧螺母。拧紧力应为2.5N.m～3N.m。通过压杆承受的压紧力传递到零件实体上，向零件实施轴向压紧。
粗加工阶段，粗车零件小端的端面2和小端的外圆3及肩部端面1，小端的端面2留加工余量0.1mm，小端的外圆3直径方向留加工余量0.3mm；换刀，粗加工小端孔1-2，小端孔1-2直径方向留加工余量0.3mm；该过程中，选择聚晶金刚石刀具，机床转速为600r/min～800r/min，进给量0.15～0.2mm/r、切削深度0.3mm。
半精加工阶段，车小端的端面2到规定尺寸，车小端的外圆3及肩部端面1，小端的外圆3直径方向留加工余量0.1mm；换刀，车小端孔1-2，小端孔1-2直径方向留加工余量0.1mm；该过程中，选择聚晶金刚石刀具，机床转速为800r/min，进给量0.15～0.2mm/r、切削深度0.1mm。
精加工阶段，换刀，车小端的外圆3及肩部端面1到规定尺寸，保证尺寸Φ54-0.03-0.104及对定位基准跳动0.05mm；换刀，车小端孔1-2到规定尺寸，保证尺寸Φ51+0.12 0及对定位基准跳动0.05mm。该过程中，选择聚晶金刚石刀具，机床转速为1000r/min，进给量0.15～0.2mm/r、切削深度0.1mm。
以上加工步骤中，均选用聚晶金刚石刀具。粗加工、半精加工可使用同一套刀具，精加工则需另换一套刀具，使粗精加工分别使用不同的刀具，确保精加工刀具的锋利度，从而保证加工精度和加工质量。
本发明的特点是：
1. 利用零件曲面圆周上分布的孔作为压紧部位，穿压杆实施轴向压紧，减小因常规装夹方式引起的变形。
2. 装夹及加工过程中，压紧着力点到定位面为实体受力，材料内部承受压应力，零件不易变形，防止断裂。
3. 压紧着力点到定位面的距离较之前大有改善，既避免零件加工部位悬伸过长、刚性不好造成的振动而影响加工质量甚至材料崩边，同时也避免了压紧着力点到定位面距离过大且受力点悬空造成的零件变形甚至脆裂。
4. 通过手动或使用力矩扳手拧紧螺母实施压紧，使压紧力便于控制在适当的范围内，避免以往使用普通扳手拧紧造成的压紧力过大导致零件崩裂。
5. 简化了加工工艺流程。一次装夹完成所有内容的加工，减少了停机换压板等辅助装夹时间。不仅提高加工效率，而且稳定加工质量。
6. 采用“阶梯式分层加工”理念，合理设置切削参数、合理选用刀具进行分阶段分层加工，减小切削力和切削振动的产生，从而进一步控制零件加工变形，保证零件的加工质量，提高零件合格率。
本发明与常规脆性薄壁异型零件的加工方法相比，该技术可解决此类零件的装夹难题，明显改善零件在装夹、加工过程中的受力情况，从而解决零件因承受不当外力产生的脆裂问题，大大提高零件加工质量和加工合格率，同时提高生产效率。该技术还可以推广应用于其他产品结构相似的脆性薄壁异型零件生产中。
上述实施例的零件均为脆性薄壁异型零件。本实施例没有详细叙述的部件和结构及工艺属本行业的公知部件和常用结构或常用手段，这里不一一叙述。

Claims (9)

1.一种用于解决脆性薄壁异型零件脆裂的加工方法，其特征是：它包括如下步骤：
步骤1)将零件安排在简易数控车设备上加工；
步骤2)采用加工辅助装置对零件进行装夹；
步骤3)粗加工阶段：
1）粗车零件小端的端面（2）和小端的外圆（3）及肩部端面（1）；
2）粗加工小端孔（1-2）；
步骤4）半精加工阶段：
1）车小端的端面（2）到规定尺寸，车小端的外圆（3）及肩部端面（1）；
2）车小端孔（1-2）；
步骤5）精加工阶段：
1）车小端的外圆（3）及肩部端面（1）到规定尺寸；
2）车小端孔（1-2）到规定尺寸。
2.根据权利要求1所述的一种用于解决脆性薄壁异型零件脆裂的加工方法，其特征是：所述步骤3粗加工阶段：1）粗车零件小端的端面（2）和小端的外圆（3）及肩部端面（1），小端的端面（2）留加工余量0.1mm，小端的外圆（3）直径方向留加工余量0.3mm；2）粗加工小端孔（1-2），小端孔（1-2）直径方向留加工余量0.3mm。
3.根据权利要求1所述的一种用于解决脆性薄壁异型零件脆裂的加工方法，其特征是：所述步骤4）半精加工阶段：1）车小端的端面（2）到规定尺寸，车小端的外圆（3）及肩部端面（1），小端的外圆（3）直径方向留加工余量0.1mm；2）车小端孔（1-2），小端孔（1-2）直径方向留加工余量0.1mm。
4.根据权利要求1所述的一种用于解决脆性薄壁异型零件脆裂的加工方法，其特征是：所述步骤5）精加工阶段：1）车小端的外圆（3）及肩部端面（1）到规定尺寸，保证尺寸Φ54-0.03 -0.104及对定位基准跳动0.05mm；2）车小端孔（1-2）到规定尺寸，保证尺寸Φ51+0.120及对定位基准跳动0.05mm。
5.根据权利要求1所述的一种用于解决脆性薄壁异型零件脆裂的加工方法，其特征是：所述步骤2中的加工辅助装置，它包括本体（4）、连接螺杆（5）、压杆（6）和压紧螺母（7）；本体（4）顶部的中心位置设置有连接螺杆（5），压杆（6）左右对称的垂直设置在连接螺杆（5）上，并通过压紧螺母（7）紧固。
6.根据权利要求5所述的一种用于解决脆性薄壁异型零件脆裂的加工方法，其特征是：所述本体（4）是由圆柱（4-1）、圆台（4-2）和定位心轴（8）组成的一体结构，圆台（4-2）上大下小，圆柱（4-1）一端设置在圆台（4-2）大的一端上，圆柱（4-1）的直径大于大端的圆台（4-2）的直径；圆柱（4-1）另一端设置有直径小于圆柱直径的定位心轴（8 ），圆柱（4-1）侧面设置有让位凹槽（10）。
7.根据权利要求6所述的一种用于解决脆性薄壁异型零件脆裂的加工方法，其特征是：所述圆台（4-2）与设备连接处为5#莫氏锥度。
8.根据权利要求5所述的一种用于解决脆性薄壁异型零件脆裂的加工方法，其特征是：所述连接螺杆（5）是由螺纹杆体（5-1）和底座（5-2）组成一体结构，螺纹杆体（5-1）位于底座（5-2 ）中心处，底座（5-2）通过沉头螺钉和定位销设置在本体（1）上。
9.根据权利要求5所述的一种用于解决脆性薄壁异型零件脆裂的加工方法，其特征是：所述压杆（6）中部设置有用于连接螺杆（2）的螺纹杆体（5-1）通过的通孔（6-1），在通孔（6-1）左右两端的压杆（6）上表面上对称设置有凹台平面（6-2）。
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