不锈钢薄壁零件的加工工艺分析

【前言】不锈钢薄壁零件的加工工艺分析由文秘帮小编整理而成，但愿对你的学习工作带来帮助。一、加工方法选择及工艺分析 1.加工方法选择及工序安排。如图1所示鼠笼支座属于薄壁的套类零件（壁厚只有2.5mm）。根椐图纸的要求及零件的结构形状，该零件的主要加工方法是车削，是该零件保证尺寸、形位及表面精度的主要工序。虽然内孔Φ62±0.0095的尺寸及其表面粗糙...

摘要：在机械加工行业中，不锈钢薄壁工件的加工是比较困难的。由于其材料的切削性能和工件结构刚性均比较差，在加工过程中容易产生振动和变形，其形位和尺寸公差难以得到保证，如果解决方法不得当，会造成大量废品，甚至会使加工无法进行下去。本文结合一加工实例详述了加工工艺分析、刀具材料、切削用量及切削液选择等问题，对于此类零件加工具有一定参考价值。

关键词：机械加工；薄壁零件；加工工艺

中图分类号：G712 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2012）05-0205-03

薄壁套类零件的加工特点：第一，薄壁套类零件的刚性很差，车削过程中由于切削力（特别是径向切削力）的作用，极易产生变形与振动，从而影响工件的尺寸精度、形状精度及表面粗糙度。第二，因为零件壁薄，加之不同材料及加工条件的变化，使车削时受热膨胀变形的规律不易掌握。所以，工件的尺寸精度不易控制。第三，在夹紧力的作用下零件容易产生变形，常态下零件的弹性复原能力，将直接影响零件的尺寸精度和形状精度[2]。而不锈钢薄壁工件的加工难度则更大。

图1是某产品中的一个主要零件，材料为1Cr17Ni2不锈钢，属于薄壁套类零件，数量500件。以此为例，就其加工工艺方法作一个分析。

一、加工方法选择及工艺分析

1.加工方法选择及工序安排。如图1所示鼠笼支座属于薄壁的套类零件（壁厚只有2.5mm）。根椐图纸的要求及零件的结构形状，该零件的主要加工方法是车削，是该零件保证尺寸、形位及表面精度的主要工序。虽然内孔Φ62±0.0095的尺寸及其表面粗糙度Ra0.4的精度要求较高，但只要正确选择刀具材料（如超硬刀具）、车刀几何参数、切削用量、切削液等的条件，是可以满足要求的。目前，超硬切削的工件表面粗糙度一般可达Ra0.2～Ra0.4，圆度可达0.0005mm，尺寸精度可控制在0.003mm以内。经过切削比较发现，超硬车削加工工艺比一般磨削加工工艺的生产效率要高4～6倍[3]。

由于工件有同轴度、端面跳动、圆度、圆柱度等形位精度的要求，所以在车削加工中，应考虑将内孔Φ62及其内端面、外圆Φ67、以及Φ82的内则端面的加工安排在同一工序中进行，以保证零件的形位精度。

圆周上的12个均布方孔的加工可用铣削加工，但由于窗口之间的筋条很单薄，受主切削力和刀刃螺旋线的切削分力的影响容易产生弯曲变形。相对于铣削加工来讲，线切割加工可以很好地解决这个问题，因为其加工产生的切削力很小，对工件的影响可以忽略不计。对这个工件来讲，是一个很好的加工方法。该工序应放在最后进行。

端面上的六个孔的加工可用钻模的方式来保证其加工精度。考虑到线切割加工时用的穿丝工艺孔也可安排在工序中进行，所以钻孔工序应安排在线切割工序前进行。而热处理加工应安排在车削加工中的粗车后、精车前进行。

该零件的整个加工过程的工序安排为：

粗车――热处理――精车――钻孔――线切割。

2.加工工艺分析。

（1）车削加工。在粗车工序中确定精车工序的预留量时，还应考虑在热处理后的变形对工件的影响因素，由于工件属薄壁件，壁厚越薄热处理时的变形越大，所以为了减少工件在热处理后的变形，其工序余量可留多一点，预留量见的粗车工序图（如图2所示）。

在精车工序中，由于工件的壁厚薄，刚性较差，在径向夹紧力的作用下容易使工件产生径向变形，因此比较难保证工件的尺寸精度和形状精度。为此在精加工过程可使用一些专用的工装设备来提高工件在加工时的刚性，工件的尺寸和形位精度得到有效的保证。

工序1?摇用开口夹套夹住Φ67的外圆，加工Φ61内孔、Φ82外圆及外端面至尺寸要求。

工序2?摇调头，以Φ61内孔为定位夹紧面（如图4所示），精车Φ62内孔、Φ67和Φ66的外圆以及Φ82的厚度和总长的尺寸及各形位精度至图纸要求。

（2）钻孔加工。工件端面的6-Φ5孔的加工比较简单，做一个钻模便可（如图5所示），关键是在钻完第一个孔后插上定位销，以防止工件的转动而产生转角误差。再钻其他孔。而用于线切割加工的12个穿丝工艺孔也可以采用钻模的方式进行钻削加工。

（3）窗口加工。线切割加工是比较理想的加工方法。它的好处是工件不会受切削力和热变形的影响，且由于工件的窗口为偶数等分，在一次加工过程中可同时完成相对称的两个的两个窗口的加工，减少了加工次数。利用专用的工装夹具来实现工件的装夹和等分角度的转换（如图6所示）。

二、刀具材料、切削用量和切削液的选择

1.刀具材料选择。由于工件的材料为1Cr17Ni2不锈钢，属马氏体不锈钢，1Cr17Ni2是马氏体不锈钢中强度与韧性搭配较好的一种钢种，虽其强度、硬度不高，但韧性大、热强度高、导热系数低.切削时塑性变形大、加工硬化严重、切削热也大；加之散热困难，造成刀尖处切削温度高，切屑对刃口粘附严重，容易产生积屑瘤，既加剧刀具的磨损又影响加工表面粗糙度；由于切屑不易卷曲和折断，也会损伤已加工表面，影响工件的质量，因此，对刀具材料提出了强度、导热性和耐磨性的较高要求。在粗车工序中刀具材料应选用强度高、导热性好的硬质合金刀具。常用的硬质合金材料有：钨钴类（YG6、YG8N）、通用类（YW2）等。YG类强度较高、韧性较好、导热系数较大、刃磨性、抗粘结性也较好。而YW2牌号具有一定的强度和较好的红硬性及耐磨性，可用较高的切削速度对不锈钢进行粗加工，但经济性不如YG类。

因经过热处理加工后工件的硬度较高（HRC38～42），同时在精加工中为了使工件能达到精度要求，刀具的材料应选用高硬度，且耐热性和耐磨性好的材料，如高性能高速钢（俗称超硬高速钢），硬度为HRC67～68，其牌号有：95W18Cr4V、W6Mo5Cr4V3、100W6Mo5C

r4V2o等；硬质合金（YW1），硬度HRC79。它们都具有很高的耐热性和耐磨性。还有陶瓷、CBN（立方氮化硼）等刀具材料都有很好的性能，但价格较贵，且都只适用于干切削。

2.刀具参数的确定。合理选择刀具参数，对提高刀具的耐用度和工件的加工质量非常重要。在粗车时，因切削力比较大，主要考虑的是刀具的强度和耐用度，在不降低刀具强度的条件下，可适当把前、后角取的大一些，取前角γ。=10°～20°，还可以在主切削刃上负倒棱来增加刀头强度，以提高刀具的耐磨能性，后角α=6°～8°。因不锈钢在加工时的硬化倾向性强，若主

偏角过大易产生振动，会使加工硬化严重。因此，粗车时可主偏角kr=75°～80°，以减小径向力。而在精车时，由于切削量少，主要考虑的是刀具的耐热性、耐磨性，一般取较大前角，但由于工件热处理后的硬度较高，应取γ。=0°～3°，α=8°～10，kr=90°。

韧性、塑性大是不锈钢的特性，加工时切屑对刀具的粘附性强，容易产生积屑瘤，因此刀具的前、后刀面及刃口要有较小的表面粗糙度，减小切削阻力、降低切屑的粘附性。不锈钢的特性也造成切削时的断屑困难，所以应在车刀上磨有卷屑槽，卷屑槽前宽后窄，前深后浅与前刀面成2°～4°的夹角，且相对于切削刃成3°～5°，卷屑槽的宽度和半径R可根椐工件直径在3～5mm内选取，工件直径小取较小值，反之取较大值[4]。

3.切削用量的选择。切削用量的合理选择也十分重要，切削用量中对刀具耐用度的影响的是最大切削速度，进给量次之，吃刀深度最小。因此，粗车时可适当增大切削深度和降低切削速度，且由于不锈钢的性能特点，加工时应选用比普通碳素钢较低的切削用量。粗车时，可取切削速度V=35～70m/min，进给量f=0.2～0.6mm/r，切削深度αp=2～6mm；精车时，由于切削深度小，切削速度可以高些，取V=90～100m/min，f=0.07～0.2mm/r，αp=0.2～0.8mm。

4.切削液的选择。由于不锈钢的切削加工性较差，要求冷却液具有较高的冷却性能、性能和渗透性。粗加工时，可选用冷却性能较好的切削液：如极压乳化油、硫化极压乳化油等，精加工时可选用性能较好的切削液：如硫化油+煤油、矿物油+煤油等：具有一定的冷却性能和性能，以上的零件加工工艺只是根椐本人在机械加工实践中的经验和知识所作的分析，仅供参考。

三、结束语

目前，不锈钢在我们的生活中的用途越来越广泛，由于不锈钢的种类繁多，各种不锈钢材料的成分及特性也各有差异，因此，在加工中应合理选择适合其持性的加工工艺方法、刀具材料及几何参数等方面的要素，以期达到加工的最佳果，从而提高产品的质量。

参考文献：

[1]赵如福.金属机械加工工艺人员手册[M].第3版.上海科学技术出版社，1990.

[2]郭宝杰.车削薄壁零件实例分析[J].职业，2009，（12）：128.

[3]韩红.超硬车削加工技术探讨[J].今日科苑，2009，（8）：61.

[4]杨慧娟.加工不锈钢的外圆车刀[J].机械工人（冷加工），2004，（12）：32.

作者简介：刘兆华（1960-），男，广东番禺人，广东技术师范学院工业实训中心助理实验师，研究方向：机械制造工艺。