图1-11 薄壁铝筒件

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，达不到零件尺寸、形状精度要求。

本操作法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。

技术方案为：该铝筒件加工具体包括以下步骤：

（1）下料或成形铝筒件毛坯。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、综合力学性能无特殊要求的零件，可采用铸造成形毛坯；若零件需承受一定高过载、综合力学性能有相应要求，则在能够节约成本的前提下可考虑采用模锻成形毛坯，但需根据产品设计要求提出相应的毛坯制作技术要求。

（2）粗车铝筒件外径及工件全长。先将铝筒件毛坯标准规格铝管放入全长胀瓦夹具上，用前、后顶尖双顶，在车床上粗加工外径及工件全长。粗加工采用卧式车床，由于原材料为薄壁管料，可采用一种全长胀瓦夹具放入工件中，如图1-12所示。胀瓦为高强度弹簧钢65Mn，热处理后硬度可达50~55HRC，胀瓦外表面在热处理后再在磨床上精加工，表面粗糙度值Ra可达0.8μm，保证磨削后的尺寸和铝筒件内孔有0.2~0.3mm间隙。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3~4mm，端面为3~4mm。切削参数为：切削速度vc=180~250m/min，进给量f=0.2~0.3mm/r，背吃刀量ap=1.5~2mm。

图1-12 粗车铝筒件外径及全长胀瓦夹具结构示意

（3） 粗车铝筒件内孔。将粗、精车铝筒件内孔夹具的工装夹具体放入粗、精车铝筒件内孔夹具内，在车床上使用粗、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。粗、精车铝筒件内孔夹具包括法兰盘1、定位套2、夹具体3、螺钉4、拉销5、滑芯6、定位块7、锥套8和夹瓦9，法兰盘1、定位套2、夹具体3依次固定连接为一体，滑芯6位于定位套2的中心孔内，定位套2前端与定位块7螺纹连接，夹具体3前端内孔固定有锥套8，夹瓦9设置在锥套内，其后端通过拉销5与滑芯6固定连接，拉销能在定,位套的限位孔内前后移动，夹瓦9的外锥面与锥套8的内锥面相匹配（见图1-13）。

图1-13 装夹粗、精车铝筒件内孔夹具结构示意

1—法兰盘 2—定位套 3—夹具体 4—螺钉 5—拉销 6—滑芯 7—定位块 8—锥套 9—夹瓦

粗车铝筒件内孔工序采用卧式车床，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，故采用了一种粗车铝筒件内孔夹具，如图1-14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体方式进行加工。粗车铝筒件内孔夹具体采用高级优质碳素工具钢T8A，淬火后硬度可达55HRC。粗车铝筒件内孔夹具体壁厚达到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，表面粗糙度值Ra=0.8μm，能够保证反复装夹拆卸后的精度，满足生产加工要求，具体实施结构示意如图1-15所示。

图1-14 粗车铝筒件内孔夹具结构示意

1—粗车筒体左端盖 2—粗车内孔夹具体 3—粗车筒体右端盖 4—工件

图1-15 粗、精车铝筒件内孔的具体实施结构示意

1—法兰盘 2—定位套 3—夹具体 4—螺钉 5—拉销 6—滑芯 7—定位块 8—锥套 9—左端盖 10—夹具体 11—右端盖 12—工件 13—夹瓦

夹瓦为外锥面结构，与锥套的内锥面相匹配，在夹具体上安装了防止拉销脱出的丝堵。夹瓦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夹具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体中，两端通过端盖轴向压紧后，整体放入装夹粗、精车铝筒件内孔夹具夹瓦的内孔中被夹紧。该工序的加工余量在直径方向上为2~3mm，内孔增加端面为1~2mm。切削参数为：切削速度vc＝180~250m/min，进给量f＝0.2~0.3mm/r，背吃刀量ap＝1.5~2mm。

（4）稳定性处理。稳定性处理一般为冷热循环或冷热冲击时效。稳定性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185~195℃，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，确定稳定性处理的循环次数、工序位置及加工参数。

（5）精车外形工序。采用精车铝筒件弹性气囊夹具（见图1-16），将工件装在夹具体的定位台和定位挡环的定位面上，实现对工件定位。通过对设置在夹具体上的气囊4充气，把工件撑紧，然后精车铝筒件外形。

图1-16 精车铝筒件弹性气囊夹具结构示意

1—法兰盘 2—螺钉 3—夹具体 4—气囊 5—工件 6—安全阀 7—快速放气阀 8—定位挡环 9—快速管接头

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，固定基准，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，专门设计了精车铝筒件弹性气囊夹具。

为解决大批量较高精度有色金属薄壁工件的夹紧变形问题，本操作法提供一种精车铝筒件弹性气囊夹具，具体实施结构示意如图1-17所示。

图1-17 精车铝筒件外径及全长具体实施结构示意

1—法兰盘 2—螺钉 3—夹具体 4—气囊 5—工件 6—安全阀 7—快速放气阀 8—定位挡环 9—快换管接头

夹具体3通过螺钉2固定在机床法兰盘1上，把气囊4套在夹具体3上，气囊4的各个连接管接头放入夹具体相应的定位孔中，把定位挡环8安装在夹具体3上对气囊进行限位，安全阀6、快速放气阀7安装在夹具体3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8的定位孔中穿过并和气囊4管接头相连，检查各接头并进行气密性测试。气囊在未充气的状态下，将工件5装在夹具体3的定位台和定位挡环8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4进行充气，通过安全阀设定气囊4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5的夹紧，开始加工。检测工件5，调整气囊压力，工件加工结束后拉动快速放气阀7手柄，对气囊4进行放气，达到图样要求后，卸下工件5，加工完毕。

充气气囊本身具有弹性，气囊撑紧力均匀地作用在薄壁铝筒件上。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，能够保证精密薄壁铝筒件的加工精度要求。加工余量在直径方向上为0.5~1mm，外径端面加工余量为0.2~0.5mm。切削参数为：切削速度vc＝300~380m/min，进给量f＝0.05~0.1mm/r，背吃刀量ap＝0.05~0.15mm。

（6）精车内孔工序。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9（见图1-13）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3（见图1-18）靠紧在精车铝筒件内孔夹具主体2（ 见图1-19）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0.5~1mm，切削参数为：切削速度vc＝300~380m/min，进给量f＝0.05~0.1mm/r， 背吃刀量ap＝0.05~0.15mm。

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0.5h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。

图1-18 支承粗、精车铝简件内孔夹具的整体式中心架结构示意

1一轴承 2一基座 3—套圈

图1-19 精车铝简件内孔夹具结构示意

1一左端盖 2一主体 3一右端盖

设计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，间隙的大小，应满足位置公差要求。

加工过程中工件的装夹应保证工件和夹具的定位、压紧面的平面度、平行度状态良好，各面应清理干净，保证不夹屑，夹具各组成部分定位应保证工件几何公差要求，压紧状态根据切削力的大小适当调整，工件装夹不能过紧，避免加工后产生夹紧力变形。

粗、精车铝筒件内孔夹具的夹瓦13（见图1-15）夹紧精车铝筒件内孔夹具的一端，另一端使用支承粗精车铝筒件内孔夹具的整体式中心架套圈3（见图1-18）靠紧在精车铝筒件内孔夹具主体2（见图1-19）的锥面中，完成装夹，调用减振刀具对精密薄壁铝筒件进行精车内孔加工。

如图1-18所示，整体式中心架包括轴承1、基座2和套圈3。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2（见图1-19）的锥面相配合。

图1-20为粗车铝筒件外径及全长具体实施结构示意。

图1-20 粗车铝筒件外径及全长具体实施结构示意

1—全长胀瓦夹具 2一工件 3一回转顶尖

如图1-21所示，减振刀具包括机头1、刀具体2、滚珠3、挡板4、碟簧5、开口刀座6、调整螺钉7。

图1-21 减振刀具装置结构示意

1—机头 2一刀具体 3一滚珠 4一挡板 5一碟簧 6—开口刀座 7—调整螺钉

减振刀具中的刀具体2材料采用高速钢W18Cr4V，淬火硬度达58~62HRC，刀具体采用中空管，中空管的结构在切削过程中具有较好的抗弯抗扭变形能力，壁厚20mm。刀具体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，刀具体的内孔中装有用于消除振动和抵抗变形能力的碟簧5与消除各种频率振动的滚珠3，其间用挡板4分隔开来；调整螺钉7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。刀具体整体固定在开口刀座6上用以固定在数控机床的刀台上。机头1通过锯齿形V形槽与刀具体另一端紧密配合，用螺钉压紧，紧密固定。刀具体内装有冷却管，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，碟簧与滚珠交错排列。

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、精加工分开。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0.5~1mm，内孔端面为0.2~0.5mm，切削台数为：切削速度vc=300~380m/min，进给量f=0.05~0.1mm/r，背吃刀量ap=0.05~0.15mm。

（7）完工检验。一般尺寸的检测应尽可能采用通用量具。对于精度、关键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几何公差检测，为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。

有益效果：本操作法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。本操作法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。适用各种薄壁铝筒件的定位和夹紧，加工范围广、适用性强。