李金喜，郭勇良，张鹏飞

山西航天清华装备有限责任公司 山西长治 046012

在机械加工中，有时会遇到对薄壁细长缸筒类零件的壁厚差值有一定的精度要求，此时，如何装夹、定位以及选择合适的切削用量和稳定的生产工艺显得非常重要，尤其是当壁厚差值要求较高（0.1～0.2mm）时，由于会产生切削微变形[1]，所以加工难度较大。

某薄壁细长缸筒类零件加工成形后，要求进行60MPa压力测试，打压试验时长3min后，外圆变形量＜0.04mm（打压试验全程采用千分表进行多处动态检测）。零件材质为中碳调质钢，热处理后无损检测硬度为220HBW，其长度为1400mm，直径最大为60mm。产品壁厚值3mm要求：在任意5个截面、4个方向、20个测量点上，最大壁厚差值0～0.2mm，最小壁厚差值0～0.1mm。其外圆轮廓分布有其他螺纹及凹槽结构，外表面圆度要求0.025mm，内孔要求表面粗糙度值Ra=0.4μm，外圆轮廓各部与内孔基准直线度＜0.1mm。

在细长缸筒类零件加工过程中，弯曲变形会直接导致壁厚差值增大，不符合产品要求。须通过反复试验和误差值对比分析，掌握其变化规律，采取相应的措施以减小加工误差，提高加工精度。

首先对薄壁细长缸筒零件进行外圆和内孔的粗加工和半精加工，然后将内孔作为壁厚差值控制的第一基准（内孔留精加工余量0.05mm），再对外圆进行精加工并控制产品壁厚差值。在精加工过程中，为防止由于离心力的作用使产品出现弯曲变形、共振的现象[2]，经过多次探讨试加工，摒弃传统的一夹一顶装夹加工方式，创新性地采用分段式两端加工（见图1）方法，分化产品弯曲变形量（见图2），控制零件外圆加工后的实际几何参数（尺寸、形状和位置）与理想几何参数的符合程度。两端加工都采用一夹一顶装夹，考虑到细长薄壁缸筒类零件刚性差、强度弱，在外圆精加工中极易出现弯曲变形和共振现象，故自制专用工装（活动式橡胶衬套），精加工前塞入工件内孔，增加产品整体加工刚性。利用双晶直探头壁厚探测仪检测各个断面的数值，通过实际测量值结合百分表找正的方式，合理调试单动卡盘中心，确保待加工外圆与内孔的同轴度符合要求。对于弯曲变形量大于壁厚差值的产品，需配合压力校形装置进行校直基准，以保证各个断面四个方向壁厚差值在要求范围内。在外圆壁厚差值符合要求的前提下，完成两端外圆的精加工，整体校直，并确定为最终的加工基准，以此基准完成内孔、凹槽及螺纹等其余轮廓的精加工。

图1 分段式两端加工

图2 分化产品弯曲变形量

薄壁细长缸筒类零件加工中，选择适合的刀具几何角度和背吃刀量，对于控制加工中产生的弯曲、共振和热变形[3]都至关重要。通过大量实践证明，优先选用V形物理涂层刀具并反向加工，前角一般选用5°～15°，降低切削功率；
刀尖圆弧半径选用0.4mm，提高刀具锋利程度，减小切削力；
背吃刀量为0.5～1.2mm，避免发生共振现象；
主轴转速（主轴φ40～φ70mm时）建议选用300～400r/min。

不同产品切削用量的选择没有统一的标准，应根据机床和刀具状况，并结合实际加工经验来确定具体数值。要兼顾主轴转速、背吃刀量及进给速度三要素[4]，满足加工表面的尺寸精度和表面粗糙度要求，从而达到最优切削效果。切削用量是细长类零件的重要加工参数，直接影响产品质量、加工效率和生产成本。采用合理的切削用量，能够充分利用刀具的切削性能和机床动力性能，在保证质量的前提下，提高加工效率，降低生产成本。

本文以薄壁细长缸筒为例，针对壁厚差值控制中存在的装夹和定位问题，制定控制壁厚差值的具体措施。通过选择合理的切削用量和稳定的工艺路线，采用适合的涂层刀具分段式两端反向高速加工、配合制作专用工装等方法，达到了增强工件刚性、分化弯曲变形及减少加工误差的目的，提高了产品加工精度和加工效率。

20221102

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