高精度薄壁铜套加工方法探讨

摘 要：本文通过加工薄壁大铜套的实例，探讨通过解决夹紧变形，提高工件的形状和位置精度，消除振纹保证表面粗糙度要求；论述使用普通车床及自制夹具加工高精度薄壁大铜套的方法，内容包括加工原理、夹具设计和制作工艺。

关键词：薄壁大铜套 夹紧变形 专用夹具 振纹 形位精度

高精度铜套是重要设备维修中的常用零件，需要尽快加工以便配合抢修，尽快恢复生产。该零件材料是铸造锡青铜，毛坯尺寸是外径φ320mm、内径φ260mm、长度280mm，如图1所示。

图1

图2

分析：工件的内孔和外圆要求有较高的位置精度――同轴度；工件的内孔和外圆要求有较高的形状精度――圆柱度；内外圆柱表面要求有较高的尺寸精度和表面粗糙度技术要求。

一、铜质套类零件的加工方法

套类零件的加工方法一般有以下几种：一是采用以内孔为定位基准的芯轴定位加工，二是采用以外圆为定位基准的套定位加工，三是采用一次装夹完成内外圆全部尺寸加工。

经分析，我们采用前两种方法加工都不适合单件生产的情况，在费用和时间上都不适宜，因此我们决定采用一次装夹完成内外圆全部尺寸加工的方法。如果使用这种方法，我们就必须解决夹紧铜套时所产生的夹紧力变形问题，这样才能保证工件的形位公差，防止出现振纹。铸青铜材料的刚性差，在采用一次装夹加工时，装夹部位短，工件伸出长，为保证装夹稳定就需要用很大的夹紧力夹紧工件，这样工件就很容易变形。因此，我们首先在车床卡爪夹紧的位置设计增加一个外圆与工件工艺内孔过盈配合的支撑盖，加紧工件后加工内孔和油槽，然后再增加另一个与铜套内孔过渡配合、与中心孔同心的支撑顶盖，用活动顶尖顶住支撑顶盖加工外圆，如图2所示。这样通过使用两件辅助夹具装夹，我们就可以解决因铜套过长和薄壁加工易变形、易产生振纹的问题，最后用低速切断工件，实现了一次装夹加工。加工支撑盖和支撑顶盖所用的是20mm厚钢板，材料是A3。在加工支撑盖时可以按正常方法加工，但在加工支撑顶盖时一定要在一次装夹中加工好所有外圆尺寸和中心孔，确保外圆与中心孔的同轴度。

二、铜质套类零件的加工程序

铜套的加工方法如下（采用C6163车床加工，三爪卡盘反爪装夹）。

第一，加工端面，车平即可；加工工艺内孔φ264.98±0.01，长度30mm；加工外圆φ315mm，长度30mm，外圆用于装夹定位的精基准，以减少定位误差，保证定位稳固。加工的工艺内孔与图2中的支撑盖之间属于过盈配合，最大过盈0.04，最小过盈为0，这样可以保证工件不会因为夹紧力而产生变形。

第二，把支撑盖装入加工好的φ264.98±0.01内孔中，要保证端面接触位贴实。反爪装夹φ315mm外圆，然后车平端面。注意：要保证工件端面贴平卡爪面，从而保证六点定位，限制工件的六个自由度。这样才能保证定位基准、定位元件的精确度，为以后使用支撑顶盖顶住加工创造条件。因为一夹一顶属于重复定位，只有在定位基准、定位元件精度很高时，才能允许这样的重复定位，它对提高工件的刚性和稳定性有一定的好处。在这件铜套加工的装夹中，就是因为这一顶对稳固装夹起到了很大作用，既消除了振纹，又保证了外圆的表面粗糙度要求。

第三，粗车内孔至φ279.6mm，长度255mm。加工内孔两条油槽。

第四，半精车内孔至φ279.8mm，长度252mm。在工件完全冷却后，仔细测量，再精车好φ280.07±0.01内孔，长度252mm，倒角2×45°，用金相砂纸抛光。这里要强调的是工件要完全冷却，目的是消除热胀冷缩对尺寸的影响，尤其是在使用这种膨胀系数大的有色金属材料时更要注意。

第五，把支撑顶盖装入工件的φ280.07±0.01内孔，再用活动顶尖顶住支撑顶盖，然后加工外圆，如图2所示。粗车外圆至φ300.6mm，长度255mm。支撑顶盖和工件φ280.07±0.01内孔之间属于过渡配合，最大间隙是0.03和最大过盈是0.01，这样有利于提高工件的加工刚性、防止产生振纹、提高工件表面粗糙度和保证形位公差。

第六，加冷却液。在工件完全冷却后，精车外圆至φ300.03±0.01，长度251mm。

第七，为解决钳工装配铜套的困难，在征求技术员的同意后，我们在外圆的一端增加了导引部分，即车外圆φ299.94±0.02，长度30mm，倒角2×45°。

第八，低速切断，确保长度249.9±0.1mm。切下时注意用包装箱纸板垫在中拖板上，防止零件落下时摔坏变形。

第九，将切断端面的内外圆倒角2×45°，装夹时用支撑顶盖撑住内孔。加工完后取出支撑顶盖。

三、刀具几何角度和切削用量的选择

刀具几何角度和切削用量的选择：用C6163车床先加工支撑盖，后加工支撑顶盖，使用的车刀是YT5硬质合金外圆车刀和切槽刀。最后使用YG6硬质合金车刀加工铜套，粗车时车刀选用平面型前角γ=6°、后角α=6°，主轴转速n =144r/min、走刀量f=0.2mm/min；半精车和精车时选用较大的前角和后角：γ=15°、α=10°，主轴转速240r/min、走刀量0.1mm/min。

我们按照确定好的加工方法，顺利完成了铜套的加工，经检测，完全达到图样上的各项技术要求，而且钳工安装顺利，通过试机验证，完全达到了维修要求。

薄壁套类零件的加工方法各种各样，各有优缺点，我们根据零件的精度、形状、大小、产品的数量决定加工方法，尽可能以最少的投入，取得最好的效益。

（作者单位：韶关市技师学院）