弹性薄片零件精密加工技术

1引言生产中遇到许多易变形弹性薄片零件，如常见的垫圈、摩擦片、碟性弹簧，薄板、飞片等，它们刚性差、散热困难、装夹时易引起装夹变形，加工时会出现翘曲，严重影响零件的加工精度。对这类零件的热处理技术及其加工时的精密装夹技术进行研究，即减少工件的热处理变形及装夹变形，减少变形工件对零件最终精度的影响，从而保证弹性薄片类零件的加工精度具有至关重要的意义。在生产中，对大部分易变形弹性薄片零件在位检测时，发现其加工精度完全能满足设计要求，但取下后发现其尺寸及形位公差发生了很大的变化，有的甚至大大超出设计许可范围。其原因是：易变形弹性薄片零件的刚度较弱，再加上工件基准面精度不高，平面度较差，工件因被吸住受大气压力或被压住受压紧力等装夹力的作用而导致工件发生变形，在变形状态下加工，尽管在位检测发现工件的尺寸和形位公差均满足设计要求，但取下来后工件变形恢复，其尺寸及形位公差发生了很大的变化，以至于超出设计要求范围。在位检测另外一部分易变形弹性薄片零件时，发现工件的尺寸和形位公差与机床正常加工精度相去甚远，这是由于切削工件时切削力使工件发生了变形，切削刃离开后，变形部分恢复所致。因此，提高零件精加工前的精度以及减少零件装夹变形和减小切削力是提高易变形弹性薄片零件加工精度的重要措施。2提高弹性薄片零件加工精度的技术途径2.1减少热处理变形，提高工件精加工前的尺寸位置精度对于力学性能要求较高的工件，一般都需要进行热处理，以提高工件的综合力学性能。但由于淬火时奥氏体转变为马氏体时体积要膨胀，产生很大的组织应力，再加上快冷引起的热应力形成很大的内应力，致使工件淬火时产生变形，甚至开裂。对于易变形弹性薄片零件来说，由于刚度较弱，其变形更大。而要提高零件加工精度，则必须减少热处理变形。减少热处理变形的设计设计热处理校型工装设计零件时应与工艺密切结合，注意工艺条件的限制，尽可能从零件结构上减少热处理变形。设计零件时选择材料应尽可能选用含碳量高或含合金元素高的钢，因为一般含碳量越高、含合金元素越高的钢，奥氏体转变为马氏体的终了温度越低，淬火后残余奥氏体越多，淬火时组织应力越小，因而变形也越小。且合金钢的淬透性好，一般采用油淬，工件在油中冷却，冷却速度较慢，热应力相对较小，故变形开裂倾向小。设计工件时，如果没有其它影响，应尽可能增加端面凸缘，以增加零件的刚度。工件淬火后必须立即回火，即将淬火后的零件再加热到低于奥氏体转变的临界温度，经保温一段时间后，冷却到室温。设计校型工装，将刚淬火的工件放入校型工装内固定校型，再放入炉中与工件一起回火并定型，这样可以很好地纠正工件淬火后的变形。经实验证实，外径为Ø350mm，厚度为3mm的弹性型面零件在热处理时采用校型工装，其变形量为0.20mm，如不采用校型工装，变形量将大于1mm。2.2装夹方式的选择零件精加工时，应着重考虑装夹方式，尽量使零件在待加工状态时与其自由状态基本一致，即应避免或减少装夹变形，尽可能不采用吸住或夹、顶、压等装夹形式。垫弹性块装夹方式三点夹紧方式工件粘接定位法采用弹性夹紧机构，使零件在自由状态下实现定位与夹紧。在工件与工装定位面之间垫一层厚度均匀的0.5mm的橡胶，当工件受夹紧力作用时，首先是橡胶被压缩，工件弹性变形小，从而可以加工出精度较高的形面，松开后变形较小。这种方法适合于精度要求较高的基准面加工。工件用三点定位并夹紧，当工件受夹紧力作用时，由于工件的面并未受力，所以不会产生装夹变形，工件加工取下后变形也较小。支撑块与工件之间如有空隙，应填满，必要时可垫橡胶。在生产实际中，如果工件尺寸大、壁薄，三点定位时工件受切削力作用有变形，则可增加辅助支撑予以解决。将工件在自由状态下用胶粘剂粘在定位盘上，由于胶粘剂在未固化前有流动性，它可以填平工件与定位盘之间的间隙，当胶粘剂固化后，工件与定位盘粘接在一起，成为一个整体，这样不但对工件起到了定位作用，而且大大增强了工件的刚性。对于弹性薄片零件，不能选用与加工面相对的面作为粘接面，因大部分胶粘剂在固化时体积要收缩，收缩不均会引起工件变形。因此对于弹性薄片零件，选粘接面应选用工件外圆或内孔。选胶粘剂时宜选用粘附力强、固化时间快、去胶容易的胶种。氰基丙烯酸酯胶是一种固化时间快(只须3～5分钟即可加工)、去胶较容易(放于热水中或丙酮中浸泡即可)、粘附力强的胶种。采用这种胶作加工试验，结果令人满意，只是去胶时采用丙酮浸泡时间较长，影响加工效率。粘接定位法所用粘胶剂应尽可能少，所以粘接工装一定要设计限位止口，使胶粘剂的定位负担减少。同时，考虑到去胶时丙酮浸泡时间较长，可在工装上胶粘剂的相对位置设计几个孔，通过该孔用机械敲打振动的方法将工件取下。经实验证实，只要方法正确，用机械敲打振动取工件几乎不会引起工件变形，只是在取工件前须用丙酮将暴露在外的胶粘剂清除。采用粘接定位法作加工试验，工件为Ø350×3弹性薄片，材料是60Si2MnA，其定位，加工后两面的平面度可达到0.02～0.03mm，平行度可达0.03～0.05mm。而如果采用大平面粘接定位，则加工后的平面度将大于0.20mm。2.3刀具选择减少直接作用于工件上的外力，是减少工件变形，提高加工精度的有效措施。增加刀具的主偏角和副偏角，可以减少切削力对工件表面法向方向的作用，从而可以有效地减少工件的变形。实验表明，刀刃锋锐度不同，切削力有明显差别。切削深度较小时，差别更明显。当切削深度小到一定值时，单位切削力急剧增加。这是因为超精密切削时，切削深度和进给量都很小，刃口半径r的不同将明显影响变形。r值增大将使切削变形明显加大。在切削深度很小时，刃口半径造成的切削变形占总变形的很大比例，r值微小变化将使切削变形产生很大的变化。所以在切削深度很小的精切时，更应采用r值较小的切削刀具。#p#分页标题#e#3结语弹性薄片零件加工精度难以保证的原因主要是工件热处理后变形大，加工时工件在装夹力的作用下产生变形，加工后工件变形恢复造成其尺寸及形位公差发生了很大的变化所致。切削力的直接作用也是工件变形的重要原因。要提高加工精度，其技术途径是减少工件的热处理变形，对工件进行精加工时要尽量在自由状态下固定并夹紧工件以减少装夹变形，并尽量选用锋利的刀具。