CN108581388A - 一种铝筒件加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了本发明公开了一种铝筒件加工方法，具体包括以下步骤：下料或成形铝筒件毛坯、粗加工铝筒件毛坯外径及工件全长、粗车铝筒件内孔、稳定性处理、精车外形、精车内孔、完工检验。本发明保证了精密薄壁铝筒件加工精度，在不同加工阶段，通过采用各种夹具，实现了精密薄壁铝筒件的定位夹紧，解决了对产品生产中精密薄壁铝筒件在夹紧力作用下产生的变形问题。可以加工3‑6mm壁厚的铝筒件，尺寸公差在0.05mm以内，形状和位置公差也能保证在0.05mm以内，本发明适用于各种精密薄壁铝筒件加工、定位精度高、操作简单、装卸工件方便、夹紧力可均匀作用在装夹工件上、夹紧力可根据不同情况进行调整。

Description

一种铝筒件加工方法

技术领域

本发明属于机械加工领域，具体涉及一种铝筒件加工方法，尤其是一种精密薄壁铝筒件的加工方法。

背景技术

目前，精密薄壁铝筒件加工一般都采用普通车床或数控机床，采用通用夹具和专用夹具用径向夹紧的方法装夹，在切削力、内应力、夹紧力、切削热的共同作用下极易产生变形，达不到工件尺寸、形状精度要求。

发明内容

本发明的目的是提供一种铝筒件加工方法，解决精密薄壁铝筒件加工过程中产生变形的问题。

本发明的技术方案为：一种铝筒件加工方法，其特征在于：具体包括以下步骤：

S1、下料或成形铝筒件毛坯；

S2、粗加工铝筒件毛坯外径及工件全长；

S3、将铝筒件毛坯放入粗车铝筒件内孔夹具内，在机床上使用装夹粗、精车铝筒件内孔夹具夹紧粗车铝筒件内孔夹具的方式粗车铝筒件内孔；装夹粗、精车铝筒件内孔夹具包括法兰盘17、本体19、拉销21、滑芯22、定位套18、定位块23、锥套24和夹瓦25；法兰盘17、定位套18、本体19依次固定连接为一体；滑芯22位于定位套18的中心孔内，定位套18前端与定位块23螺纹连接；本体19前端内孔固定有锥套24，夹瓦25设置在锥套内，其后端通过拉销21与滑芯22固定连接，拉销能在定位套的限位孔内前后移动；夹瓦25的外锥面与锥套的内锥面相匹配；

S4、稳定性处理；

S5、采用精车铝筒件弹性气囊夹具，将工件装在夹具本体的定位台和定位挡环的定位面上，实现对工件的定位，通过对设置在夹具本体上的气囊6充气，把工件撑紧，然后精车铝筒件外形；

S6、精车内孔：采用基准外圆定位、轴向螺纹压紧方式将工件装入精车铝筒件内孔夹具内，然后通过粗、精车铝筒件内孔夹具的夹瓦25夹紧精车铝筒件内孔夹具的一端，另一端使用整体式中心架的套圈32靠紧在精车铝筒件内孔夹具主体14的外锥面上，完成装夹，调用减振刀具对铝筒件进行精车内孔加工；加工余量在直径方向上为(0.5-1)mm，端面为(0.2-0.5)mm，切削参数为：切削速度V＝(300-380)m/min，进给量f＝(0.05-0.1)mm/r，吃刀深度ap＝(0.05-0.15)mm；

S7、完工检验。

有益效果：本发明保证了精密薄壁铝筒件加工精度，在不同加工阶段，通过采用各种夹具，实现了精密薄壁铝筒件的定位夹紧，解决了对产品生产中精密薄壁铝筒件在夹紧力作用下产生的变形问题。可以加工3-6mm壁厚的铝筒件，尺寸公差在0.05mm以内，形状和位置公差也能保证在0.05mm以内，本发明适用于各种精密薄壁铝筒件加工、定位精度高、操作简单、装卸工件方便、夹紧力可均匀作用在装夹工件上、夹紧力可根据不同情况进行调整。适用各种薄壁淬硬件的定位和夹紧，加工范围广、适用性强。

附图说明

图1粗车铝筒件外径及全长涨瓦夹具结构示意图

图2粗车铝筒件内孔夹具结构示意图

图3精车铝筒件弹性气囊夹具结构示意图

图4精车铝筒件内孔夹具结构示意图

图5装夹粗、精车铝筒件内孔夹具结构示意图

图6支撑粗精车铝筒件内孔夹具的整体式中心架结构示意图

图7减振刀具装置结构示意图

图8粗车铝筒件内径及全长具体实施结构示意图

图9精车铝筒件外径及全长具体实施结构示意图

图10精车铝筒件内孔的具体实施结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、内容和优点更加清楚，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。

本发明提供一种铝筒件加工方法，其特征在于：具体包括以下步骤：

S1、下料或成形毛坯

本零件采用管料加工，若零件结构不宜采用管料加工，为了避免材料浪费，对于不需要承受高过载，综合机械性能无特殊要求的零件，可采用铸造成型毛坯。若零件需承受一定高过载，其综合机械性能有相应要求，则在能够节约成本的前提下可考虑采用模锻成型毛坯，但须根据产品设计要求提出相应的毛坯制作技术要求。

S2、粗车铝筒件外径：先将铝筒件毛坯标准规格铝管放入全长涨瓦夹具上，用前、后顶尖28双顶，在车床上粗加工外径及工件全长，

粗加工采用普通机床，由于原材料为薄壁管料，采用一种全长涨瓦夹具1放入工件中，如图1所示，涨瓦为高强度弹簧钢65Mn热处理后硬度可达HRC50-55,涨瓦外表面在热处理后再磨床上精加工，表面粗糙度可达Ra0.8，保证磨削后的尺寸完美契合工件的内孔。粗加工选用的刀片为可转位刀片TCMT160404-PR，刀具刀尖圆弧为R0.4mm。粗加工的加工余量在直径方向上为(3-4)mm，端面为(3-4)mm。切削参数为：切削速度V＝(180-250)m/min，进给量f＝(0.2-0.3)mm/r，吃刀深度ap＝(1.5-2)mm。

S3、粗车铝筒件内孔

粗车内孔工序采用普通机床或数控机床，由于工件为薄壁管料，采用正常方式夹紧会造成工件变形，尺寸超差，同轴度无法保证，故我们采用了一种粗车铝筒件内孔夹具2，如图2所示，在机床上使用装夹粗、精车铝筒件内孔夹具夹紧粗车铝筒件内孔夹具的方式进行加工，粗车铝筒件内孔夹具采用高级优质碳素工具钢T8A，其淬火后的硬度可达HRC55,粗车铝筒件内孔夹具的壁厚达到18mm，能够保证其强度要求，粗车铝筒件内孔夹具经粗车，淬火，精车，磨削等多道工序反复加工，其圆跳动小于0.02mm，内外同轴度小于0.02mm，表面粗糙度达到Ra0.8，能够保证反复装夹拆卸后的精度，满足生产加工要求。

如图5所示，装夹粗、精车铝筒件内孔夹具包括法兰盘17、螺钉20、本体19、拉销21、滑芯22、定位套18、定位块23、锥套24、夹瓦25、

法兰盘17、定位套18、本体19依次通过螺钉固定连接为一体；滑芯22位于定位套18的中心孔内，其后端与主轴油缸固定连接；法兰盘17后端与机床主轴端连接，

定位套18前端与定位块23螺纹连接；本体19前端内孔固定有锥套24，夹瓦25设置在锥套内，其后端通过拉销21与滑芯22固定连接，拉销能在定位套的限位孔内前后移动；定位块用于定位工件轴向尺寸，可根据工件尺寸进行更换。

夹瓦25为外锥面结构，与锥套的内锥面相匹配；在本体上安装了防止拉销脱出的丝堵。夹瓦25前端沿圆周均布多个缝隙，便于夹瓦发生弹性变形夹紧工件；机床主轴油缸带动滑芯在定位套中滑动，主轴油缸通过带动滑芯拉动拉销连同夹瓦的斜面在本体内与锥套的斜面相互滑动，径向运动夹紧工件。

工件放入粗车铝筒件内孔夹具2中，两端通过限位块3、4限位后，整体放入装夹粗、精车铝筒件内孔夹具本体的内孔中被夹紧；

该工序的加工余量在直径方向上为(2-3)mm，端面为(1-2)mm。切削参数为：切削速度V＝(180-250)m/min，进给量f＝(0.2-0.3)mm/r，吃刀深度ap＝(1.5-2)mm。

S4、稳定性处理

稳定处理一般为冷热循环或冷热冲击时效。稳定处理工艺过程及参数一般为：先进行冷却，温度为-100℃，保温2h，空冷回温至室温后保持大于3h，再进行热时效，温度为，保温2-3h，炉冷至80℃后可空冷。应根据零部件结构及技术要求确定稳定处理循环次数/工序位置及加工参数。

S5、精车外形工序

在稳定性处理后进行精车外形工序加工，由于该工序为精车工序，加工完成的尺寸为成品尺寸固精基准应选用精度较高/状态稳定/冷却充分的设备完成加工。夹具设计时应考虑提高定位尺寸精度要求。加工过程中应保证零件基准定位尺寸的加工一致性，确保精加工时零件与夹具定位部分达到最佳配合状态。因此我们专门设计了精车铝筒件弹性气囊夹具。

为了解决大批量较高精度有色金属薄壁工件的夹紧变形问题，本发明提供一种精车铝筒件弹性气囊夹具，如图3所示，其特征在于包括：夹具本体5、气囊6、定位挡环7、安全阀8、带单向阀的快换管接头9、快速放气阀10、工件11、螺钉12、法兰盘13。

夹具本体5通过螺钉12固定在机床上法兰盘13上，把气囊6套在夹具本体5上，气囊6的各个连接管接头放入夹具本体相应的定位孔中，把定位挡环7安装在夹具本体5上对气囊进行限位，安全阀8、快速放气阀10安装在夹具本体5上相应的定位孔中并和气囊的相对应管接头相连，带单向阀的快换管接头9从定位挡环7的定位孔中穿过并和气囊6管接头相连，检查各接头进行气密性测试，气囊在未充气的状态下，将工件11装在夹具本体5的定位台和定位挡环7的定位面上，实现对薄壁工件的定位，通过带单向阀的快换管接头9对气囊6进行充气，通过安全阀设定气囊6的空气压力，当充气压力大于安全阀的调定压力时，安全阀开始工作，气囊充气结束，在气囊的弹性力作用下，把工件撑紧，实现对工件11的夹紧，加工有色金属薄壁工件。检测工件11，调整气囊压力，工件加工结束后拉动快速放气阀10手柄，对气囊6进行放气，达到图纸要求后，卸下工件11，加工完毕。

充气气囊本身具有弹性，气囊撑紧力均匀的作用在精密薄壁铝筒件上，气囊弹性力的大小可以用安全阀设定，气囊撑紧力的大小根据精密薄壁铝筒件的壁厚和强度情况进行调节，该夹具装置装卸工件方便，解决较高精度精密薄壁铝筒件的加工难题。

该夹具能够保证精密薄壁铝筒件的精度要求。

加工余量在直径方向上为(0.5-1)mm，端面为(0.2-0.5)mm，切削参数为：切削速度V＝(300-380)m/min，进给量f＝(0.05-0.1)mm/r，吃刀深度ap＝(0.05-0.15)mm。

S6、精车内孔工序

由于该工序为精车工序宜选用精度高/状态稳定/冷却充分的数控机床或车削中心设备完成精加工。每班开始对零件加工之前，需对设备进行预热，使设备空转半小时以上，达到设备最佳稳定状态后再开始加工。根据零件加工的精度要求，在加工前应检查设备主轴的径向跳动和轴向窜动情况，满足加工。

设计了精车铝筒件内孔夹具专用工装保证加工质量。工装设计应考虑定位可靠，夹紧方式应避免零件受力变形，采用基准外圆定位/轴向螺纹压紧的方式。夹具定位部分与零件基准外圆为间隙配合。

加工过程中零件的装夹保证了零件和夹具的定位/压紧面的平面度/平行度状态良好，各面清理干净，保证不夹屑，夹具各组成部分定位/压紧状态自然，零件装夹不能过紧，避免加工后产生较大应力变形。

精车铝筒件内孔夹具采用高级优质碳素工具钢T8A，其淬火后的硬度可达HRC55,精车铝筒件内孔夹具的壁厚达到18mm，能够保证其强度要求，精车铝筒件内孔夹具经粗车，淬火，精车，磨削等多道工序反复加工，其圆跳动小于0.02mm，内外同轴度小于0.02mm，表面粗糙度达到Ra0.8，能够保证反复装夹拆卸后的精度，满足生产加工要求。

粗、精车铝筒件内孔夹具的夹瓦25夹紧精车铝筒件内孔夹具的一端，另一端使用支撑粗精车铝筒件内孔夹具的整体式中心架的套圈32靠紧在精车铝筒件内孔夹具主体14的锥面中，完成装夹，整体式中心架套圈32的跳动小于0.015mm，调用减振刀具对精密薄壁铝筒件进行精车内孔加工。

整体式中心架包括轴承26、基座29和套圈32；套圈通过轴承与基座内孔转动连接；套圈内孔带有内锥面，与精车铝筒件内孔夹具主体14的锥面相配合；

减振刀具包括机头33、刀具体34、滚珠35、挡板36、碟簧37、开口刀座38、调整螺栓39；

减振刀具中的刀具体34材料采用高速钢W18Cr4V，淬火硬度达HRC58-62，刀具体34采用中空管，中空管的结构在切削过程中具有较好的抗弯抗扭应力变形能力，壁厚20mm。刀具体34外圆淬火后进行磨削，公差控制在0.03mm以内，内孔在淬火前进行深孔铰削，尺寸公差控制在0.05mm以内，刀具体34的内孔中装有用于消除振动和抵抗变形能力的碟簧37与消除各种频率振动的滚珠35，他们之间用挡板36分隔开来，调整螺栓39安装在刀具体一端，用于调整碟簧的长短与弹性力大小以适应不同材质与切削力大小的工件。刀具体34整体固定在开口刀座38上用以固定在数控机床的刀台上。机头33通过锯齿形V型槽与刀具体34另一端紧密配合，用螺钉压紧，紧密固定。刀具体34内装有冷却管，高压切削液通过冷却孔浇注到切削刀具刀尖处，对刀具和工件进行冷却。碟簧37与滚珠35交错排列。

精加工一般选用刀具刀尖圆弧R0.2mm。重点部位的加工刀具应合理安排，采取多刀阶梯式切削，粗精分开，即最后一次走刀的刀具应与前面工步使用的刀具分开使用，以保证最终加工质量。

加工余量在直径方向上为(0.5-1)mm，端面为(0.2-0.5)mm，切削参数为：切削速度V＝(300-380)m/min，进给量f＝(0.05-0.1)mm/r，吃刀深度ap＝(0.05-0.15)mm。

S7、完工检验

一般尺寸的检测应尽可能采用通用量具。

对于高精度/关重尺寸的检测可采用专用量具，如：三坐标测量仪、气动量仪或比较仪等。

对于精度要求较高的形位公差检测，为了客观反映零件加工实际状态，允许进行机内测量，即在原加工设备上使用加工时所用工装装夹零件进行打表验收。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种铝筒件加工方法，其特征在于：具体包括以下步骤：

S1、下料或成形铝筒件毛坯；

S2、粗加工铝筒件毛坯外径及工件全长；

S3、将铝筒件毛坯放入粗车铝筒件内孔夹具内，在机床上使用装夹粗、精车铝筒件内孔夹具夹紧粗车铝筒件内孔夹具的方式粗车铝筒件内孔；装夹粗、精车铝筒件内孔夹具包括法兰盘17、本体19、拉销21、滑芯22、定位套18、定位块23、锥套24和夹瓦25；法兰盘17、定位套18、本体19依次固定连接为一体；滑芯22位于定位套18的中心孔内，定位套18前端与定位块23螺纹连接；本体19前端内孔固定有锥套24，夹瓦25设置在锥套内，其后端通过拉销21与滑芯22固定连接，拉销能在定位套的限位孔内前后移动；夹瓦25的外锥面与锥套的内锥面相匹配；

S4、稳定性处理；

S5、采用精车铝筒件弹性气囊夹具，将工件装在夹具本体的定位台和定位挡环的定位面上，实现对工件的定位，通过对设置在夹具本体上的气囊6充气，把工件撑紧，然后精车铝筒件外形；

S6、精车内孔：采用基准外圆定位、轴向螺纹压紧方式将工件装入精车铝筒件内孔夹具内，然后通过粗、精车铝筒件内孔夹具的夹瓦25夹紧精车铝筒件内孔夹具的一端，另一端使用整体式中心架的套圈32靠紧在精车铝筒件内孔夹具主体14的外锥面上，完成装夹，调用减振刀具对铝筒件进行精车内孔加工；加工余量在直径方向上为(0.5-1)mm，端面为(0.2-0.5)mm，切削参数为：切削速度V＝(300-380)m/min，进给量f＝(0.05-0.1)mm/r，吃刀深度ap＝(0.05-0.15)mm；

S7、完工检验。

2.根据权利要求1所述的一种铝筒件加工方法，其特征在于：S2中，先将铝筒件毛坯标准规格铝管放入全长涨瓦夹具上，用前、后顶尖双顶，在车床上粗加工外径及工件全长，粗加工的加工余量在直径方向上为(3-4)mm，端面为(3-4)mm；切削参数为：切削速度V＝(180-250)m/min，进给量f＝(0.2-0.3)mm/r，吃刀深度ap＝(1.5-2)mm。

3.根据权利要求1所述的一种铝筒件加工方法，其特征在于：粗车铝筒件内孔夹具和精车铝筒件内孔夹具均采用高级优质碳素工具钢T8A，其淬火后的硬度可达HRC55,粗车铝筒件内孔夹具的壁厚达到18mm。

4.根据权利要求3所述的一种铝筒件加工方法，其特征在于：粗车铝筒件内孔夹具和精车铝筒件内孔夹具圆跳动小于0.02mm，内外同轴度小于0.02mm，表面粗糙度达到Ra0.8。

5.根据权利要求1所述的一种铝筒件加工方法，其特征在于：S3中，该工序的加工余量在直径方向上为(2-3)mm，端面为(1-2)mm。切削参数为：切削速度V＝(180-250)m/min，进给量f＝(0.2-0.3)mm/r，吃刀深度ap＝(1.5-2)mm。

6.根据权利要求1所述的一种铝筒件加工方法，其特征在于：所述精车铝筒件弹性气囊夹具包括夹具本体5、气囊6、定位挡环7、法兰盘13；夹具本体5固定在法兰盘13上，气囊6套在夹具本体5上，气囊6的各个连接管接头放入夹具本体相应的定位孔中，把定位挡环7安装在夹具本体5上对气囊进行限位。

7.根据权利要求1所述的一种铝筒件加工方法，其特征在于：S5中，加工余量在直径方向上为(0.5-1)mm，端面为(0.2-0.5)mm，切削参数为：切削速度V＝(300-380)m/min，进给量f＝(0.05-0.1)mm/r，吃刀深度ap＝(0.05-0.15)mm。

8.根据权利要求1～7任一项所述的一种铝筒件加工方法，其特征在于：整体式中心架包括轴承26、基座29和套圈32；套圈通过轴承与基座内孔转动连接；套圈内孔带有内锥面，与精车铝筒件内孔夹具主体14的锥面相配合。

9.根据权利要求8所述的一种铝筒件加工方法，其特征在于：减振刀具包括机头33、刀具体34、滚珠35、挡板36、碟簧37、开口刀座38、调整螺栓39；刀具体的内孔中装有碟簧37与滚珠35，它们之间用挡板36分隔开来，调整螺栓39安装在刀具体一端用于调整碟簧的长短；刀具体34整体固定在开口刀座38上；机头33通过锯齿形V型槽与刀具体34另一端紧密固定；刀具体34内装有冷却管。

10.根据权利要求8所述的一种铝筒件加工方法，其特征在于：刀具体34材料采用高速钢W18Cr4V，淬火硬度达HRC58-62，刀具体34外圆淬火后进行磨削，公差控制在0.03mm以内，内孔在淬火前进行深孔铰削，尺寸公差控制在0.05mm以内。