船用大型衬套车削加工方法研究

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摘 要：大型不锈钢衬套是船用关键零部件，工件直径大，壁薄加工变形大，切削中不易断屑且易产生振动，对尺寸和表面粗糙度不易控制。在加工中合理设计工装，能有效地解决因装夹引起的工件变形，同时避免镗杆工艺钢性差引起的振动现象。合理刃磨刀具几何参数能增加刀具的强度和耐磨性。

关键词：大型衬套 车削加工 变形 尺寸 表面粗糙度 工装 刀具几何参数

在加工船用大型衬套时，根据图样要求在车床上先将衬套内孔加工成品，外圆一般先留4～5mm余量，再将衬套烘装到轴上相应部位，等温度降到室温时，再上普通车床装夹找正，将轴和轴上烘装的衬套一次加工成品。在加工衬套内孔时如果装夹不当，内孔尺寸精度就很难保证，不但会给烘装造成相当大的难度，甚至不能顺利烘装衬套，发生质量事故。为保证衬套内孔加工精度，笔者通过总结以往相同产品的加工方法，查阅相关加工工艺资料，并结合加工经验对原加工工艺进行了改进，提出以下加工工艺方案。

一、加工前概况

加工设备选用重型卧式车床，型号DZ1250，加工范围1250mm×6300mm，工件材料1Cr18Ni9Ti。衬套加工难点：工件为大型薄壁衬套，直径φ50mm，壁厚25mm，长度925mm；装夹变形大，在径向受力不均或因振动产生轻微的力就会产生变形；刀杆伸出近一米，而且工件为薄壁易产生振动，从而影响尺寸和表面粗糙度；工件材料韧性大。并且因具体情况所限加工中只能采用YG8牌号车刀进行加工，加工材料硬化严重，Cr的含量高，易产生黏结，导热系数低。而且大型车床无冷却设备，造成刀具易磨损，特别是精车时刀具在工件上行走近15公里，刀具在后期易产生急剧磨损情况。

二、加工工艺安排

用夹爪夹住一端，车另一端成品，外圆车制φ754mm×600mm一段（见图1）作为定位基准。调头夹住按车好一端面找正（0.30mm内），车另一端面留10毫米余量，长度车制270mm，中间留有55长一段毛坯不加工作为装配基准如图所示。用工装装夹车φ700+0.12内孔成品。

图 船用衬套零件图

三、夹具及装夹方法

1.夹具

夹具为两法兰，四个螺杆及四个梯形螺母和四个螺母组成。

2.六点定位原理

充分利用工件留有的10mm加工余量，车制出台阶，为实现轴向装夹提供条件。并利用定位法兰φ754mm×10mm的台阶作为定位台阶，用压紧法兰和毛坯上留的55mm台阶作为装配基准，符合六点定位原理。

3.装夹方法

用卡爪夹住定位法兰，车制定位台阶并与工件600mm端尺寸φ754mm配制，间隙0.2mm，另一压紧法兰内孔先车制完成与工件270mm端直径φ754mm配合间隙0.5～0.7mm。并装配到右端工件外圆台阶处，用吊车安装后，用尾座顶住工件右端面，用四根M24mm双头螺栓和梯形螺母及螺母把工件均匀地压紧在两法兰之间，并通过螺杆固定在夹盘上。

4.装夹特点

套筒类零件的轴向刚性好径向刚性差，轴向夹紧充分利用轴向刚性好的优势，避开径向刚性差的问题，以解决工件的变形和车削中的振动问题，达到设计此工装的装夹效果。

四、刀具的选用与设计

在车削中因工件由两半圆不锈钢板焊接而成，而且加工用刀杆伸出近一米长，工艺系统刚度差，在加工别易产生振动和刀尖易损坏等问题。综合考虑各种因素的影响，经过多次实验最终选用刀具为YG8的螺纹车刀改制而成，通过合理刃磨刀具，使刀具几何参数达到加工此工件的理想状态，加快了工件的加工效率。其几何参数见下表。

在精车时刀具的前角、后角、修光刃用油石研磨到表面粗糙度Ra0.8以上。

表 YG8精车刀的几何角度选择

参 数 粗车 精车

前 角 8°～10° 13°～15°

后 角 3°～5° 4°～6°

主偏角 60° 60°

副偏角 15° 15°

刃倾角 +5° 0°

刀尖圆弧半径 0.8mm

断屑槽宽度 4mm 2mm

修光刃宽度 0.5～0.6mm

五、加工效果

经合理设计并采用工装装夹工件，合理选用刀具几何参数，加工后工件符合图样要求，加工后工件变形仅在0.1mm之内，表面粗糙度达到Ra1.6。保证了产品质量，解决了因振刀和精车不断屑引起的表面粗糙度不合格而产生的废品现象，而且这套工装在加工同型船舶衬套时可重复使用。节约了工装费用，起到了简单经济实用的效果。

参考文献：

[1]韩步愈.金属切削原理与刀具[M].北京：机械工业出版社，2005.

（作者单位：渤海船舶职业学院）