整體加工法加工減磨環

減磨環安裝于柴油機氣缸套上端，可以有效減少氣缸套中積碳形成和在活塞行程中刮去活塞上的積碳，是一種十分典型的薄壁環類零件（見圖1）。其尺寸精度及形位公差要求較高，加工過程中極易產生變形而影響零件的尺寸精度，從而導致報廢。

圖1 減磨環三維圖

1.關鍵尺寸要求及工藝難點

減磨環尺寸如圖2所示。尺寸公差要求外圓φ291-0.056-0.088 mm，內孔形位公差要求上下兩端面平面度0.015mm，平行度0.05mm，內孔相對外圓軸線跳動為0.03mm。內孔、外圓及端面表面粗糙度要求MRR Ra1.6μm。

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工藝難點：①零件剛性差，極易變形，定位裝夾困難。②加工時易產生加工應力，導致精加工后形位公差難以保證。③工件材料（B50E208）硬度高，普通刀具無法滿足批量生產要求。

2.“整體加工法”工藝流程

經過反復工藝試制與總結，開發出“整體加工法”來完成減磨環的加工?！罢w加工法”是指通過三爪自定心卡盤裝夾筒料工藝頭，在粗加工及半精加工時不將零件從原始筒料毛坯上割斷，而是在精加工完成后將零件從筒料上割斷的一種新型加工方法。通過毛坯筒料工藝頭的良好夾持剛性減少了粗、精加工過程中的裝夾變形。同時，在零件半精加工時割出應力釋放槽，充分釋放加工過程中產生的應力，邊釋放邊加工，充分消除內應力以減少加工變形。

圖2 減磨環二維圖

“整體加工法”工藝流程如下：毛坯（0）→粗車一（05）→粗車二（10）→去應力（15）→半精車一（20）→半精車二（25）→精車（30）→拋光，割斷（35）→車倒角（40）→磨（45）→鉗（50）→檢查（55）→清洗（60）→涂油（65）→入庫（70）。

3.工藝措施

在使用“整體加工法”進行減磨環加工的過程中，主要解決以下6方面的問題。

（1）減少裝夾變形，增加零件剛度。減磨環毛坯為筒料毛坯（見圖3），為增加零件剛度、減少裝夾變形，粗車二工序時，通過將筒料毛坯車至如圖4所示三段式階梯，有效加大了夾持部分的厚度，三段筒料的壁厚尺寸有序遞減。避免了懸伸較長、剛性較差而引起的裝夾變形，同時有效減少了加工過程中零件外圓尺寸橢圓度及錐度現象。

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由表2可知，不同配方制作的油茶湯色不同。加入花生及魚粉的油茶湯色為乳狀綠色，加入冰鮮烏龍茶的油茶湯色偏黃、稍暗，加入羅漢果和石崖茶油茶的茶湯色顏色較相同，對比原料嫩度相同無輔料添加的配方，湯色較淺。各配方制作的油茶湯色排名為配方2＞（配方3，配方4，配方5） ＞配方1＞配方 6＞配方 7＞配方 8＞配方 9＞CK。

圖3 毛坯

圖4 粗車二工序

同時，制作了如圖5所示的專用輔助三點定位支承裝置來增加零件的夾持剛性。

圖5 輔助三點定位支承裝夾

（2）去除零件自身內應力。減磨環所用毛坯為鑄造毛坯，材料為灰鑄鐵，該材料硬度較高，且較耐磨。由于鑄件毛坯內應力的存在，加工過程中會因為內應力的釋放而導致零部件的尺寸變形，使加工尺寸難以控制，直接導致了零部件的報廢。甚至出現有些減磨環在所有工序加工完成后，尺寸滿足圖樣要求，但放置一段時間后，對其進行復測，發現部分尺寸超差的現象。

查閱相關資料，目前去除內應力的方法以自然時效及人工時效兩種方式較為有效，其中自然時效需要較長時間在自然狀態下放置，周期較長，無進行自然時效的條件?？紤]采用人工時效的方式去除零件內應力。因為該減磨環材料與對應缸套材料相同，故借鑒缸套去應力的工藝要求進行控制：在（580±20）℃保溫至少3h進行去應力處理。由于減磨環為薄壁類零件，極易變形，在結構上區別于缸套，故對去應力處理過程中零件的擺放方式明確了要求（見圖6）。

圖6 去應力工序

（3）去除加工內應力。車削時的切削力過大，就會造成消耗的功率增加，浪費能源和加大生產成本；作用在工件（或刀具）剛度最差方向的切削力，會引起工件（或刀具）變形而影響加工精度，引發的振動還會增加工件的表面粗糙度值和加速刀具的磨損。因此，應該在了解切削力來源、分解的基礎上，熟悉影響切削力大小的主要因素，以便能夠針對不同的加工情況，采取相應的技術措施來減小車削時的切削力，從而保證零件的車削質量和降低加工成本。

鑄件除了本身的內應力之外，在切削加工的過程特別是粗加工過程中，如果切削力選擇不當，則會產生較大的切削內應力，此類加工產生的內應力同樣會影響零件的最終尺寸，使尺寸變形較大，甚至產生報廢。為了消除切削加工過程中產生的內應力，使其充分釋放，在零件半精加工時割一個應力釋放槽（見圖7），充分釋放加工過程中產生的應力，邊釋放邊加工，最終充分消除內應力。

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（4）精車余量的控制與選擇。半精車第一只工件外圓至φ2 9 1.2 m m、內孔至φ278.8mm，留0.2mm精加工余量。此處留較少的精加工余量主要是考慮到若加工余量較大，在精加工后工件整體會存在較大錐度，外圓及內孔尺寸可能會超出公差范圍，在排除車床導軌的直線度誤差和刀尖磨損的情況下，分析是因為減磨環壁厚薄，刀尖接觸工件時口端剛性差，在切削阻力作用下徑向產生讓刀現象，刀尖移過后又產生彈性復位，而內側靠近未加工工件或工藝頭處剛性較好，未產生讓刀現象，這樣就產生了加工錐度，導致外圓為外側大內側小、內孔為口端小內側大，其錐度在1∶10左右，如切削0.3mm，兩端差值基本在0.03mm，所以通過控制精車余量（0.2mm以內）來減少加工錐度是必要的。

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（5）倒角的加工。減磨環切斷后，切斷面內孔有0.5×45°倒角，由于工件壁薄，普通方法無法加工，使用軸向夾緊夾具，存在安裝困難、工件易變形和加工效率低等問題。經反復試驗，利用開縫套的原理制作一大型開縫套夾具（見圖8），內孔車至減磨環外圓上公差尺寸，開縫后夾具在彈力作用下可張開0.10～0.15mm，使減磨環可輕松放入，采用10～15N夾緊力夾緊后，開縫套完整包裹減磨環，倒角后松開夾具，工件輕松拿出，效率高且工件不變形。

圖7 半精車一工序

圖8 倒角開縫套

（6）減磨環的運輸及儲存。減磨環為薄壁易變形零件，為了防止在運輸過程中發生變形，制作專用運輸工裝，單獨存放，有效地減少減磨環運輸過程中的變形。

4.結語

減磨環試制完成，首件三坐標檢測合格，加工尺寸精度達到圖樣精度要求，并通過首件檢查。該方案有效解決了減磨環加工過程中的裝夾、加工變形等問題，保證了產品的尺寸精度、形位公差及表面粗糙度，且質量穩定性高。同時，該方法充分利用了現有設備資源，解決了薄壁件環類零件車削變形的重大難題，操作簡便，質量穩定性高，對其他類似薄壁環類零件的加工具有很好的借鑒意義。

參考文獻：

[1] 凌二虎，徐浩.車削加工禁忌實例[M].北京：機械工業出版社，2005：3-4.