薄壁套零件的加工变形分析和工艺改进 张朝杰，张海霞 （郑州四维机电设备制造有限公司，河南郑州４５０００１） 摘 要：针对薄壁套零件精车后变形问题，通过大量的研究和试验，从加工工艺、夹持方式、调质硬度 ：个方面进行了改善，有效地解决了薄壁套零件精车后变形的问题。 关键词：薄壁套；精车；夹持；热处理 中图分类号：ＴＧ ５１ 文献标志码：Ａ ＺＨＡＮＧ Ｃｈａｏｊｉｅ，ＺＨＡＮＧ Ｈａｉｘｉａ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ Ｐｒｏｃｅｓｓ Ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ ｏｆ Ｔｈｉｎ—ｗａｌｌ Ｒｉｎｇ Ｓｅｔｓ （Ｚｈｅｎｇｚｈｏｕ Ｓｉｗｅｉ Ｍｅｃｈａｆｉｉｃａｌ ａｎｄ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ Ｃｏ．，Ｌｔｄ，ｚｈｅｎｇｚｈｏｕ ４５０００１，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｆｏｃｕｓｉｎｇ ｏｎ ｔｈｅ ｐｒｏｂｌｅｍ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｔｈｉｎ－ｗａｌｌ ｒｉｎｇ ｓｅｔｓ ｗｉｌｌ ｂｅ ｏｕｔ ｏｆ ｓｈａｐｅ ａｆｔｅｒ ｆｉｎｉｓｈ ｔｕｒｎｉｎｇ，Ｗｅ ｄｉｄ ａ ｌｏｔ ｏｆ ｒｅｓｅａｒｃｈ ａｎｔｉ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ ｆｒｏｍ ｔｈｒｅｅ ａｓｐｅｃｔｓ ｏｆ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ，ｗａｙｓ ｏｆ ｃｌａｍｐｉｎｇ ａｎｄ ｔｈｅ ｈａｒｄｎｅｓｓ ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ ｏｆ ｈｅａｔ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ，Ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ ｐｒｅｖｅｎｔｅｄ ｔｈｅ ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｐｈｅｎｏｍｅｎａ ａｆｔｅｒ ｔｈｅ ｔｈｉｎ－ｗａｌｌ ｒｉｎｇ ｓｅｔｓ ｉｓ ｔｕｒｎｅｄ ｐｒｅｃｉｓｅｌｙ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：Ｔｈｉｎ—ｗａｌｌ ｒｉｎｇ，Ｆｉｎｉｓｈ ｔｕｒｎｉｎｇ，Ｃｌａｍｐｉｎｇ，Ｈｅａｔ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ 液压支架是煤矿综合采煤设备系列中的支护设 备，其主要作用是为采煤机、刮板输送机及采矿工人 １ 薄壁套零件的特点及加工变形分析 １．１ 薄壁套零件的特点 薄壁套零件是指壁很薄（一般壁厚≤２６ ｒａｍ）、 径向刚度很小的一类零件。其主要技术指标是内孔 及外圆的尺寸以及圆度；内外圆之间的同轴度；孔轴 线与端面的垂直度。加工过程中受切削力、切削热 及夹紧力等因素的影响，经常发生精加工后尺寸及 几何公差超标、工件变形的问题，导致以上各项技术 标准难以保证。 提供安全的工作空间。液压支架立柱及千斤顶是其 重要组成部分，其中的导向套、挡套、支撑环、卡环等 是立柱及千斤顶中的关键零部件。其作用主要是为 活柱和活塞杆导向及连接活柱、活塞杆与缸体，这些 零件大多是壁薄、径向刚度较小的一类零件，也就是 薄壁套零件。这类零件加工起来极易变形，从而形成 废品，为此对薄壁套零件的加工工艺进行了大量的研 究和实践，以期降低损失率、提高效率。 石 ； 写 穹 ； 石 ｆ 纷ｅ 他们对项目的支持，调查并明确他们的需求和愿望， 减小其对项目的阻力，以确保项目获得成功。 ７）缺乏项目团队的合理分工与协作 问题，但对于成功的软件开发项目，二者是缺一不可 的，甚至后者在更高的层次上决定着一个软件项目 的最终成败。因此，项目管理在软件开发中起着至 项目团队内有时由于各阶段不同角色或同阶段 不同角色之间的责任分工不够清晰，造成工作互相推 诿、责任互相推卸的现象；或者各项目成员只顾完成 关重要的作用。 参考文献 ［１］郭研．软件项目管理［Ｊ］．物流科技，２００５（２）：３２． Ｅ２］Ｒ￣ｅｅｖ Ｔ Ｓｈａｎｄｉｌｙａ．软件项目管理［Ｍ］．王克仁，译．北 京：科学技术出版社，２００２． 自己那部分任务，不愿意与他人协作。这些现象都将 造成项目组内部资源的损耗，从而影响项目进展。 解决办法：项目经理应当对项目成员的职责范 围进行合理的分配并清楚的说明，同时强调不同分 Ｅ３］Ｎｅａｌ Ｗｈｉｔｔｅｎ．管理软件开发项目ＥＭ］．２版．孙艳春，译． 北京：电子工业出版社，２０１０． 工、不同环节的成员应当相互协作，共同完善。 ［４］邓良松．软件工程［Ｍ］．西安：西安电子科技大学出版 社，２００３． ４ 结语 在软件开发中，实施项目管理绝不是一件简单 的事情，不仅要研究技术层面的问题，更重要的是考 作者简介：尹云霞（１９７４一），女，讲师，主要研究方向为软件与 网络工程。 收稿日期：２０１０年４月２０日 虑认识层面的问题。现阶段，我国软件业的业内项 目管理人员仍然更多关注于技术问题而忽视了认识 责任编辑李超 《新技术新工艺》・数字技术与机械加工工艺装备２０１１年 第６期 ・７・ １．２加工变形分析 薄壁套零件发生加工变形的原因很复杂，但总 体可归纳为２种：内应力引起的变形和外应力引起 的变形。内应力有热变形内应力和组织变形内应 【 ） ｆ ７ ） 乍 、１一） ｝ ａ）普通兰爪定心 盘夹持 ｂ）加工好内孔 ｃ）松开肠工作变形 力，它是由热处理过程中材料的组织、结构变化不均 引起的残余应力；外应力主要有机械夹紧力及切削 力引起的应力等。 图１ 普通三爪定心卡盘夹持使工件变形示意图 ２ 工艺改进 通过反复的实践和分析，可以增加半精车工序、 定性处理（将工件加温至２５０￣３００℃，保温２～３ ｈ） 的变形。缺点为成本高，只适合大批量、成规格的牛 产。 ２）加大夹持面积以降低压强，使径向夹紧力均 布工件表面。常见的方式有软爪夹持、软爪和开口 等去除残余应力。针对外应力，可通过改变夹紧方 式、提高工件调质硬度来控制，具体方法如下。 ２．１ 增加半精车工序和定性处理 ２．１．１ 工艺路线 套结合夹持等方式。 将效率与成本等综合考虑，在精车时采用宽软 爪夹持是最具可行性的方案。其原理如图２所示。 套环类零件的加工工艺路线一般为：下料（或者 锻件）一粗车外圆和内孔一调质处理一精车（外圆、 内孔、内槽、外槽）一镀锌。为了保证零件的尺寸、同 轴度和精度，合理的工艺应该是在一次装夹中将内 孔、外圆和槽同时加工，以保证基准的统一和几何公 差 精度的要求。 对加工精度要求较高的薄壁类零件应该增加半 精车和定性处理。调整后工艺路线为：下料（或者锻 件）一粗车外圆和内孔一调质处理一半精车（车外 夹 ａ）夹紧示意图 ｂ）宽软爪实物图 图２宽软爪夹持示意图 ２．２．２宽软爪夹持的优点 圆、内孔和深槽，为精车留余量）一定性处理（消除内 应力）一精车（外圆、内孔、内槽、外槽）一镀锌。 ２．１．２ 增加半精车工序和定性处理的优点 由于宽软爪夹持后能有效地将夹紧力均布于工 件表面，松开工件后，工件弹性变形均匀，提高＿ｒ工 件的精度。 ２．３控制调质硬度 零件的切削性能与材料的硬度、塑韧性密切相 将粗加工、半精加工、精加工分开进行，可避免 因粗加工引起的各种变形，包括粗加工时夹紧力引 起的弹性变形、切削热引起的热变形以及粗加工后 内应力重新分布引起的变形。其目的是为了保持零 件的精度及稳定性。另外，增加半精车加工工序，可 关。适当提高２７ＳｉＭｎ和４０Ｃｒ调质硬度，能够有效 提高零件的抗变形能力。 盘、套类零件的调质硬度为２４０￣２８０ ＨＢＷ，经 实际测量，调质后硬度一般为２４０￣２６０ ＨＢＷ，符合 工艺要求。但根据实际统计，硬度２６０ ＨＢＷ以上 的工件变形不严重，２６０ ＨＢＷ以下的工件变形较 严重。因此应将这类工件调质硬度控制为２６０～ ２８０ ＨＢＷ。 以为精车留适量的加工余量，以减少精加工中出现 的各种变形问题；在半精车后，增加定性处理，可以 消除车削夹紧产生的内应力。将粗、精加工分开，使 机床设备可得到合理的使用，即粗加工机床可以充 分发挥其效率，精加工机床可长期保持精度和维持 寿命。 ２．２宽软爪夹持 ３工艺改进应用实例 以￣２８０卡键式导向套ＤＸＴＫ２８０Ｘ２６ＯＸ１０５Ｓ ２．２．１工件夹持分析 由于薄壁类零件结构的多样性以及本身刚度较 小的特点，径向装夹时，由于施加的作用力不同，零件 受力不均，一旦松开就会产生变形现象（如图１所示）。 一为例（如图３所示），材质为４０Ｃｒ，分别对２种工艺 进行加工对比。 ３．１加工工艺流程对比 般有２种方法可解决此问题。 原加工工艺流程：锻一粗车外圆和内孑Ｌ一调质 １）加工专门的心轴、胀套等工装，变径向夹紧 为横向夹紧。其优点是可彻底解决因夹紧方式引起 ・处理（２４０￣２８０ ＨＢＷ）一精车（外圆、内孔、内槽、外 槽）一镀锌。 ２０１１年 第６期 ８・ 《新技术新工艺》・数字技术与机械加工工艺装备ｂ ．００．ａｌ，－－－ ＿－ ．【 ■ — ＇ ￣２８０Ｈ９ ＋００１３． 一．． ’ ００６Ｏ．７士ｏ．１ Ｉ ● － … ，， Ｉ ， Ｉ ５ 蚕。ｆ Ｉ ／ ｒ ，／ ； 墨翼： ｌｒ 繁 讴 ／７ ／ ｏ∞．０６１，＇１ｌ ＿ ■ ’ Ｌ ’ ， ，／ ， ６８ｔ Ｉ９｝｝｝ ２７ 士ｕ．１ １ Ｍ ． 图 ￣２９０ｆ９／＿０．１８ 导向套示意图 表 导向套（ ｌ ）种工艺成本分析 改进后加工工艺流程：锻一粗车外圆和内孑Ｌ一 调质处理（硬度 ～ 一半精车（车外 圆、内孑Ｌ和深槽，为精车留余量）一定性处理（消除内 应力）一精车（外圆、内孔、内槽、外槽，用宽软夹持） 一镀锌。 改进后的工艺流程和原工艺流程相比，增加了 半精车工序和定性处理，同时对调质硬度和夹持方 式提高了要求。 ．２零件效果对比 分别选取了２批导向套，一种仍按原工艺流程 进行加工，另一种按改进后的工艺流程加工，其结果 对比见表１。 表 精加工工序 工艺方式 导向套 种加工工艺对比 试件数量 废品数量 废品率（） １ＯＯ １２ １２ 锻一粗车一调质 车 、 ２８Ｏ、 一精车 参考文献 成大先．机械设计手册［Ｍ］．北京：化学工业出版社， ≠２６０． 、 ２ 、 锻一粗车一调质 、 （控制硬度）一半 精车一定性处理 一Ｏ Ｏ ● 等尺寸 ＾ ［２］陈宏钧．实用机械加工工艺手册 版社， ． ．北京：机械工业出 精车 从试验结果可以看出，改变工艺后，变形数量减 少、废品率降低。 ． ［３］丁绍南．液压支架设计［Ｍ］．北京：世界图书出版社， ● 成本效益分析 假设 种工艺均不会有废品产生，由于新工艺 ［４］王忠．典型零件热处理技术［Ｍ］．北京：化学工业出版 社， ． 增加了工序，从而导致了成本的增加，见表２。 从表２可知，原工艺的废品率是１２ ，考虑此 因素，原工艺的单件成本应该是 ．作者简介：张朝杰（ 一），男，工学学士，主要从事成本管理 工作。 收稿日期： 年月 日 （１—１２ ）一 ７元，也就是说新工艺加工的导向套成本是降 责任编辑李超 低的。 综合以上分析，新工艺不但防止了薄壁套零件 精车后变形，而且减少了废品、降低了成本、提高了 效率。 《新技术新工艺》・数字技术与机械加工工艺装备 年 第 期 ・ ・
