薄壁连接轴的工艺研究
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摘 要：薄壁连接轴在结构上突出特点为薄壁、刚性差，加工过程中易变形。该件材料为难加工材料，可切削性差，在加工过程中极易积累较大机加应力，增大工件的变形量。同时各尺寸公差和技术条件要求严格，加工难以保证。由于该件要求喷丸，并且在喷丸后工件的变形量无法预测，所以需要制定合理的加工路线及加工方法，设计专用减少变形的车床夹具，选择恰当的刀具和加工参数，用以减少工件的变形，保证工件的加工质量。
关键词：连接轴；薄壁；加工；变形
中图分类号：TH13 文献标识码：A
薄壁连接轴是曲面结构，壁薄，各尺寸精度要求高，技术条件严，而且该件材料为难加工材料，可切削性差，这些都为工件加工带来困难。需要制定合理的工艺路线，设计专用车床夹具以减少工件变形，并优化切削参数，最终加工出了合格的工件。
1 制定工艺前准备
1.1工件图分析
连接轴材料为难加工材料，曲面壁薄，最小壁厚只有3mm，最大直径大、技术条件多、精度要求高，很多技术条件都在0.03～0.05之间。此外工件还进行喷丸处理，喷丸对工件的尺寸、技术条件的影响无法预期，所以加工难度高，尺寸和技术条件难以保证。工件三维示意图如图1。
2 主要表面的加工方法
2.1内外型面的加工
内外型面为曲面，壁薄，最小壁厚仅为3mm，尺寸多，最大直径大、技术条件多、精度要求高。工件壁薄曲面精度比较高，多项技术条件要求比较严，薄壁易变形，加工很难保证。加工时必须考虑控制变形。经研究决定，从工艺路线上安排两次消除应力热处理，减少机加应力对工件变形的影响；研究装夹方案，尽可能减少半精车和精车内外型面时装夹引起的变形。同时选择合适的切削刀具、优化切削参数，控制工件变形。
2.1.1 工艺路线对工件变形的控制
因为工件属于薄壁件，在开始制定工艺路线时就必须考虑控制变形。为了最大限度减小机加应力对工件变形的影响，工艺路线安排了两次消除应力热处理；在完成腹板的精车加工后，工件需要对腹板进行喷丸处理。由于在喷丸后工件的变形程度无法预知，所以工件在喷丸前所有的面均留有余量并在喷丸后进行修复，这样不仅保证了相关尺寸，同时也保证了各个面相对于基准的技术条件。
2.1.2消除应力热处理对工件变形的控制
为了最大限度减小机加应力对工件变形的影响，工艺路线在粗车后和半精车后分别安排了消除应力热处理，经过粗车后，工件每边剩余2～3余量，工件去除材料多，累积机加应力大，此时进行第一次消除应力热处理，消除粗加工工序累积的应力。
当半精车后，各边余量控制在约1，再进行一次消除应力热处理，释放工件中所累积的机加应力，减少精车时机加应力对工件变形的影响。
2.1.3对精车前修复基准时振刀和变形的控制
为保证精车时腹板和基准能够实现一次加工，在精车前需要修复大端两端面和外圆。车加工大端，由于大端悬空且工件壁薄、刚性差，易造成振刀和让刀，从而使工件精车基准不平同时粗糙度不能达到要求。经过研究决定在大端加以辅助支撑，加强大端的刚性并避免振刀和让刀。
在加工过程中没有辅助支撑的情况下端面跳动为0.03并且有轻微的振刀，在装有附注支撑的情况下端面跳动为0.005mm，表面粗糙度达到要求。
2.1.4 喷丸后工件的修复
由于无法预知工件在喷丸后的变形情况，所以需要在喷丸前后测量工件各个表面相对于基准的跳动，经测量腹板在喷丸前相对于基准的跳动为0.02，喷丸修复后则为0.04，可以满足设计要求。
为保证各个尺寸和形位公差满足设计要求，喷丸后对各个配合表面进行修复。内型面各配合面与基准一次加工形成，修复外型面配合面时找正基准后加工，尺寸和形位公差可以保证。
2.1.5加工参数的选择
转速高，进给量大，虽然可以提高切削效率，但是在单位时间内切除的材料多，工件热传导不充分，累积的机加应力也大，很容易导致薄壁件变形。切削深度受刀具半径制约，并且切削深度将直接影响工件受到的切削力，因为选用的刀具半径R1.5，且为了减少切削力对薄壁件的影响，切削深度也不宜过大。经过多次试验，在满足加工精度的前提下，转速为70r/min，进给量为0.1mm/r，切削深度不超过0.25mm。
3 结论
经过进行连接轴工艺的分析研究，制定合理的工艺路线、加工方法，加工出的工件符合设计要求，结果表明工艺路线、加工方法可行，为其他类似结构薄壁工件的机械加工制造提供了宝贵的经验。
参考文献
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