浅谈薄壁不锈钢套管件的加工

浅谈薄壁不锈钢套管件的加工

 刘声涛

大庆油田有限责任公司第一采油厂生产维修大队泵件维修班 

摘要：薄壁套管类零件是目前加工工艺的基础，是数控车工、普通车工的基本技能，在工业上有着广泛的应用。但是，由于其本身的刚性和强度，以及它的设备和刀具的刚性和强度，在加工过程中极易发生加工变形、切削振动等现象，从而使工件的加工质量无法满足需要。为了解决薄壁不锈钢套管件在加工过程中出现的问题，提出了许多有效的方法和技术。采用适当的切削工艺和工序顺序，可以减少加工变形的发生。还可以通过使用特殊的夹具和支撑装置来提高工件的刚性，防止加工过程中工件变形。在加工过程中要及时监测工件的加工质量，及时调整工艺参数，确保最终产品的质量符合标准。通过以上方法和技术的应用，可以有效提高薄壁不锈钢套管件的加工质量，保证产品达到客户的要求。

关键词：薄壁套管；工艺；车削

薄壁筒是一种比较普遍的机械零件，在各种大型试题中也经常出现。薄壁套管的加工历来是一个技术难点，因其壁厚小，易产生振动，加工变形，尺寸不易掌握。要解决这些问题，必须要从工件的材料、工件的装夹、设备的选用、刀具的几何参数、切削用量的选择等几个方面来进行分析，并对其进行适当的处理，使其能够较好地解决薄壁套管在加工中所产生的各种问题，并确保其加工精度与表面质量。本文以普通机床为例，探讨了薄壁不锈钢套管类零件的制造。

1薄壁管坯的材质特性

该部分材质为不锈钢，部分材质为钢，铸铁，青铜或黄铜。由于不锈钢材料的特殊性，其物理、机械特性决定了其切削加工的难度。

3.1  不锈钢材料具有高强度和高韧性，在切削过程中，切削力大，切削变形大，切削热大。不锈钢具有很高的高温强度和硬度，但热传导性不好，切屑带不走的热也很少，所以车削时始终处于高温车削的状态，这就增加了刀具的磨损。

3.2不锈钢具有很高的附着力，在切削加工时会生成粘性切屑，极易在工件表面生成积屑瘤。不锈钢的粘着屑具有很强的韧性，不易断裂，它会导致断屑困难，或者是缠绕在工件上，导致被加工的表面产生撕裂，难以实现低的表面粗糙度，还会增加工具的磨损。

3.3  薄壁不锈钢套管在切削过程中容易变形、震动，刀具容易磨损，必须采取连续冷却、冷却的方法，才能确保刀具的锐利。

2薄壁筒形件的工艺条件

1.在机械制造业中，壁厚小于其直径1/15的薄壁件被称为薄壁件，这类构件具有大口径、薄壁薄等特征，对形位精度和尺寸精度有很高的要求。在生产前，必须了解薄壁套管在制品中的地位和功能，以便更好地确保制品的加工质量。它的工艺要求因其各个主面在机械中的功能而异。主要体现在内孔、外圆和各个面的定位精度上。

1.1内孔工艺条件。内孔是薄壁套管类零件最重要的支承或引导面，它与移动中的轴或活塞等配合，其外径尺寸精度达到IT7级，精密轴承套达到IT6级。通常将形位误差控制在孔径误差范围内，精度高的套筒尺寸误差可达到孔径误差的1/3~1/2。为了确保套管类零件的服役性能，要求其内孔的粗糙度达到 Ra1.6μ m。

1.2外圈的工艺条件。外圆周面通过干涉或过渡配合与箱体或框架上的孔配合，具有支承功能，其内径尺寸精度通常达到IT6—IT7级，形位误差不超过外径误差，工件表面粗糙度 Ra1.6μ m。

1.3  各个面之间的定位准确度。套筒是在组装之前完成最后的加工，其内孔外圆周的同轴度要求很高，通常是0.01-0.05 mm，该套筒在工作过程中要承受轴向负荷，并将其用作定位参考或者组装参考，此时端面与孔轴之间的垂直度或者说端面的圆跳要求很高，通常在0.02-0.05毫米之间。

3薄壁筒夹持

3.1  夹紧具有高共轴度和长度的薄壁套筒。目前常用的三爪自复位卡盘和四爪单动卡盘，主要有CA6140,CD6140A等机床。为了保证内外圆的同轴度，需要一次装夹完成内外圆和端面，这样就避免了由于装配造成的定位误差，从而保证了零件的几何精度。薄壁套车削分为粗、精两部分，粗车完成后，可考虑先对零件的外圆进行加工，然后车削内孔，这样车削内孔的轴向力更大，径向受力也更小，这样就可以有效地减小了振动。若先内孔后车削外圆，外圆周就会出现震动，此时可采取加芯轴，后顶尖轻抵的夹持方法，让内孔得到支承，从而相应地减小了振动。此车削方法因其加工特性而不断变化，其大小难以掌握，适用于单件小批量生产。由于该零件的壁厚很小，不能进行外圆周的安装，因此采用一次夹紧的方式，在完成后直接进行切割，以确保全长。

3.2  采用内孔作为参考的夹持方式。当以被加工的内孔为基准时，需要按照内孔配一套适当的芯轴，并将其支承在车床上。芯轴可以是膨胀芯轴，也可以是固体芯轴，也可以是无阶梯芯轴和有阶梯芯轴。无阶梯实体芯轴也被称为小锥形芯轴，它的锥度 C为1:1000~1:5000，该芯轴制作简单，对中精度高，但是在轴向上不能进行定位，能承受较低的切割力，安装和拆卸都很不方便。阶梯型芯轴的配合圆筒表面与工件孔之间有很小的空隙配合，工件则由螺帽加压，尤其适用于一次装夹多件，安装和拆卸容易，但对中精度不高。胀力心轴是利用物料的弹性变形而形成的膨胀力将被加工件固定住，具有拆装容易、对中精度高等优点，因此得到了广泛的应用。

4薄壁套的内孔尺寸测量

4.1内径卡尺、内内测微器、内径数显百分表、内径数显百分表等。接下来，我们选用了内径为3点的千分尺，校准零点后就可以使用，不需要多次校准，节省了一些辅助时间，它的三个测量爪都可以在微小的摆动情况下，自动定位在孔径的直径上，其测量精度比内径量表要高，测量速度也比内径百分表要快，测量精度高可以有效地提高生产效率。薄壁套管的内、外公差要求高，壁厚薄，易发生变形，采用一次夹紧工艺，使内、外圆同心，避免变形。

5薄壁筒类构件的预防措施

5.1在对套筒类薄壁件进行车削的过程中，需要对其变形进行重点关注。由于切削力、夹紧力、切削热、振动、应力变形等诸多因素，对夹紧力和切削力的影响最大，对该工件的加工也会产生较大的影响，因此，在对该工件进行加工的过程中，需要对切削用量、刀具几何角度、刀具牌号和切削液等进行合理的选择。在加成本工件的过程中，我们主要采取如下措施来减少薄壁套的变形。

5.2将粗、精两道工序分开。在粗加工时，由于切削力大，所以在车削时，应选用大的背刀量和进给量，而对夹紧力的要求也比较高。精车时的余量越少，则可以减少背进刀量和进给量，从而减小了切削力和夹持力。从而使粗车时的夹持力更大，精车时的夹持力更小，从而降低了由于夹持力造成的变形，从而提高了机床的加工精度。若为大量生产，则可将粗、精、精分为两个阶段。

5.3减少了切割温度；切削温度是影响薄壁件变形的重要因素，目前常用的方法是通过提高切削液的利用率来减小工件的变形。另外，切削液也会对工件的表面粗糙度和刀具磨损产生一定的影响，所以，选择适当的切削液，既能降低切削温度，又能改善切屑、工件与工具之间的摩擦状态，减少工件表面的粗糙度，减少切削力，提高刀具的使用寿命，所以，合理地选择切削液是非常重要的。

5.4在车削过程中，经常使用水溶性切削液和油溶性切削液，根据工件的材质和加工的实际需要，选用水、各种表面活性剂以及其他化学添加剂构成的合成切削液。

结论：

通过对薄壁筒类零件的切削试验，得出了几点浅见，薄壁套管的制造是一项困难的工作，在薄壁套管的制造中，首先要解决的是预防变形，制定合理的加工工艺并要贯穿于加工全过程，采用合理的装夹定位方法，保证夹具夹持工件定位精度准确。夹具夹持工件保证不变形确保形状公差精度。还需要综合考虑刀具的切削用量等切削参数在合理范围内。采取一系列适当的措施，才能使薄壁套管的加工精度达到产品图纸标注的精度要求。

参考文献：

[1]姚蓉青.薄壁零件加工方法[J].机械设备与液压设备，2007,35 (8):250-253.

[2]郑淑琴.《高等职业技术学院》《机械制造》课程的教学实践[J].湖北高等职业技术学院学报，2018 (1):66-70.

[3]李永军.平面数控机床的典型结构布置分析.机械工程学报，2012 (3):171-172.