不锈钢薄壁内管零件的加工

龙涛 ,黄统 ,梁鹏

四川泛华航空仪表电器有限公司

摘要：不锈钢薄壁内管零件在切削力作用下，容易引起热变形和产生振动变形，影响工件的尺寸精度、形位精度和表面粗糙度，所以加工不锈钢内管薄壁零件时的装夹方法及车削时的加工方法和技巧，成为薄壁零件加工质量和提高效率的关键。

关键词：不锈钢薄壁零件，加工问题，装夹方法，加工技巧

随着航空技术的高速发展，航空零件结构日趋复杂，其产品零件精度也越来越高；在机械加工中对加工技术人员的要求也就更高。XXX型号传感器系我厂预研项目，该产品设计原理新颖、零件精度要求高。

一、零件分析

该不锈钢薄壁内管是XXX传感器的核心部件，加工精度要求高，表面粗糙度Ra0.4，壁厚精度0.15mm，位置精度0.01，其零件如下图所示：

该零件是典型薄壁筒型件，加工中受力易变形，影响零件加工精度；加工过程中应力易集中，零件在各应力集中点出现起皱，拉裂等缺陷，影响零件加工质量；零件筒壁薄，给装夹取卸都带来极大不便，且零件装夹定位要求相当准确；加工过程中容易产生积屑瘤，影响零件表面粗糙度。

该零件另外一个加工难度是形位精度要求高，按照传统加工方法用软爪、衬套装夹定位无法达到图示的形位精度，而且零件中间部分的壁厚太薄，装夹受力后零件容易产生变形，经过仔细研究产品图纸，突破传统方式，在薄壁内管零件的前端加工两个定位孔，利用螺帽压紧定位销，再在薄壁零件的台阶处预先加工两个去除应力槽，已减少应力集中使孔壁变形鼓包；从而也能很好满足图示的形位精度要求。

二、零件材料特性分析

XXX型薄壁内管选用材料为奥氏体不锈钢1Cr18Ni9Ti，属典型难加工材料，切削加工性能差：首先切削力大。奥氏体不锈钢1Cr18Ni9Ti材料具有高的屈服强度、拉伸强度和持久强度；断裂韧性大，高温强度高及持久塑性大，在250-450度切削过程中有良好塑性，切屑不易折断；不锈钢1Cr18Ni9Ti的抗拉强度和硬度比一般合金钢高很多，切削力大，一般超过45钢1.5 倍以上，在切削过程时晶格歪扭畸变剧烈。

其次、 切削温度高。由于奥氏体不锈钢的高温强度和韧性，一般到450度才开始下降；塑性变形大，致使切削区的切削热多，而奥氏体不锈钢的导热系数较低约是钢的30%，在切削中产生大量的切削热不易通过切屑带走，大部分都传给刀具，使刀具磨损加快，寿命降低。

第三、 加工硬化趋势强。不锈钢1Cr18Ni9Ti切削时，切削变形剧烈，晶格歪扭畸变，应力和应变增加，引起加工硬化，已加工表面比基体硬度可达基体硬度的1.5~2倍，硬化层深度也比加工一般钢材大，给以后的切削加工带来困难，增加了刀具的磨损，同时使表面质量降低。

第四、 刀具磨损严重。切削不锈钢1Cr18Ni9Ti时，机械磨损、粘结磨损、扩散磨损和氧化磨损均比较严重；切屑与前刀面的接触长度约为65~70%，这就造成应力集中在切削刃附近，使刀具易崩刃。此外，由于接触长度小，切削热也集中在切削刃附近，造成温度高，从而使刀具磨损加快。

第五、 易形成积屑瘤。奥氏体不锈钢的塑性大，粘附性强，因而在切削过程中容易形成积屑瘤，使表面粗糙度降低。

三、加工工艺方案试验

第一阶段试验加工

采用车削加工工艺，当零件精加工至壁厚δ0.3时，薄壁开始出现起皱、鼓包现象，加工试验失败。经分析，造成零件加工失败的主要原因为零件加工过程中产生的应力集中于局部某点，当零件外壁加工越薄时，应力点产生的歪扭畸变作用越明显，最终导致零件外壁和内孔起皱、鼓包。

第二阶段车削加工工艺改进方案

为改善零件的切削性能，减小切削力，消除加工过程中的切削应力，将加工工艺细分为粗、半精、精加工，且在其中加以去应力退火工序，并逐步摸索总结出最佳切削参数与刀具参数，经分析原因主要为：

1、奥氏体不锈钢1Cr18Ni9Ti加工硬化趋势强，加工面冷作硬化层的硬度，深度均强于一般钢材，故当精镗小孔时由于进给量与切削深度均采用小切削用量，易出现让刀现象，影响内孔加工精度。

2、材料导热性能差，粘附性强，在高温切削的刀尖部份磨损快，且易产生积屑瘤，造成表面粗糙度降低。

3、因零件外壁极薄，当零件装夹径向跳动误差＞0.02mm时，导致车削外圆壁厚不均，开裂出现在外壁最薄处，即强度最差的地方。

四、加工工艺解决方案

为改善零件的切削性能，减小切削力，消除加工过程中的切削应力，将加工工艺细分为粗、半精、钻孔、半精加工、精加工，并且在粗车后增加去应力退火，消除切削过程中产生的切削应力，避免局部残余应力集中，在半精加工外圆时在外圆上预先加工两处消除应力变形的退刀槽，避免应力集中造成在精车时出现内外壁起皱变形开裂。零件装夹定位精度，车制定位心轴找正跳动误差在0.005mm以内，确保零件壁厚均匀。

粗加工外圆车刀选用复合压紧的MVJNR2020K16刀杆，刀片选用伊斯卡VNMG160404的刀片，精加工外圆车刀选用京瓷SVJB160202外圆刀杆，刀片选用京瓷VPGT110302FR-U的刀片。

按该工艺方案投入25件毛坯，加工合格23件，合格率达92%，零件合格率大幅提高，尺寸精度及表面粗糙度也得到了可靠保证，达到零件设计要求。

五、结语

通过XXX型薄壁内管的加工工艺设计，使我在加工不锈钢精密超薄件技术方面获得成熟的加工经验，为今后加工不锈钢薄壁类零件摸索出一套成功加工方法。

参考文献：

1、《车削加工禁忌事例》，北京，机械工业出版社

2、《实用车削操作技巧450例》，北京，化学工业出版社

3、《金属切削手册》，上海，上海科学技术出版社

4、《金属切削原理及刀具》，北京，国防工业出版社

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