薄壁空心件车削安全无变形的装卡

国际金属加工网 2020年07月16日

与普通工车削作业不同,在对薄壁空心工件进行夹持时,需要使用变形小且安全的卡盘。在对薄壁空心件进行车削时,装卡变形可能会造成所规定的公差范围超限并致使工件变成废品。因此,对卡盘的选择非常重要。平衡夹钳具有很大的优势,在对装卡点进行最佳的布置之后,工件的变形可以减小到原来变形量的10%,而卡盘的夹持力仍可保持不变。

对薄壁空心件进行车削加工时容易出现的一个问题是工件受卡盘夹持力的影响而发生变形,如环或外壳等工件必须接受牢固的夹持,即便在切削力的作用下也不会松动。很强的夹持力将不可避免地造成工件变形,变形量的大小取决于工件的形状和壁厚;同时,材质也起到很重要的作用。铸铁、黄铜、青铜和铝合金部件由于其弹性模数较小,因此要比钢件更加脆弱,特别是在对配合件进行车削时,夹持变形会造成所给定的公差范围超限,并导致废品产生。

在车削工件上对卡盘的布置作标识,通常被夹紧的工件在车削加工之后,在设备上仍会呈现完好的圆形。薄壁工件在装卡之后,或多或少会呈现出非圆形状,通过测圆工具可以明显观测到。因此必须在工件上标识出卡盘的分布情况,以便可以识别夹持力是否引起了变形。

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图1  对材料的自由夹持可以导致无规则的形状误差

图1和图2即通过简易的方式显示因车削加工造成圆度缺陷的各种原因。铸件应力消除时也可能会出现不规则的形状误差,这与带有局部材料聚积的特殊工件造型有着重要关联。对圆度误差与夹持位置的明确划归是无法做到的,对苛刻表面的试车削、松弛和精车削,或在加工之前对原料工件进行自由退火,将有助于提高工件的质量。

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图2  通过卡盘夹持力的作用,而产生有规则的变形

在图2的例子中,工件很明显受到卡盘夹持力的作用而变形,其孔部在卡盘区域有些向内挤压。因此,该处在工件的松开和退出之后,会有过多的材料被磨削的情况。最简单的办法就是考虑降低夹持压力。对此,必须注意卡盘在此状况下是否还有足够的夹持力,因为磨光工序通常需要较高的切削速度和转速。在没有离心力平衡的条件下,夹持力容易下降到危险水平。因此,制造厂商针对工作转速下对卡盘夹持力的测定要求必须严格遵守。

一:圆度测定反映误差原因

不仅这两种误差源相互之间的差异很明显,圆度测定也常常显示出介于两种情形之间的某种混合形状。它可以提供有关误差源原因的信息,以便采取补救措施。

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图3  带有硬质卡钳的QLC-KT型强力卡盘

如果夹持力的降低没有带来令人满意的结果,则可以建议对所使用的卡盘进行分析。如灰口铸铁的外壳件等原料工件,往往采用硬质标准阶梯状卡盘进行夹持(图3)。其夹持面的卡齿在较长时间的使用之后,会自然磨损而逐渐变钝,夹持和紧固效果减弱,工件在加工过程中打滑或从卡盘脱出的危险性由此逐步增加。

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图4  KBNKLA爪形卡盘(a)和扇形卡盘(b)具有更高的安全性

二:硬质阶梯式卡盘

每个加工企业都能够保持一定存量的硬质阶梯卡盘,这将是一件值得提倡的事情。这方面的费用要远低于加工当中工件脱离而造成的损失费用。新型卡盘由于其夹持效果好,所需的夹持力可以较低,因此工件的变形程度较小。带有锥角齿的爪形卡盘(图4)可以提供更高的安全性,这种卡盘可以紧紧抓住工件的表面,在与铺路砖一齿的阶梯卡盘具有同等夹持力的情况下,可以实现双倍的切削力,同时所需投入的费用也低,有助于提高加工质量和加工安全性。卡具制造厂商可以提供各种不同造型和不同规格的此类卡盘。摆爪式卡盘在夹持敏感的原料工件时具有特别的优势(图5),摆动桥把夹持力分配到双倍数量的夹持点上,每个夹持点都只承受一半的力,工件上各夹持点之间的弯曲弹性范围得以缩小。如果夹持点的分布达到最佳的程度(均匀地分布在圆周上),则工件的变形大约可以减小到原变形量的10%,而无需降低卡盘的夹持力。

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图5  带有摆爪(b)的卡盘(a)

在已经车削完毕的工件直径上夹持的状况下,可以使用应用范围更加广泛的硬质卡盘(图6)。旋入的夹持直径在整个圆周上支撑工件,即使在较大的夹持力下工件也不会发生变形。这种卡盘可以由不同的厂商提供,属于特殊造型,可依据工件图纸进行最佳的设计和制造。

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图6  带有大尺度卡钳的强力卡盘专门用于在已经车削完毕的工件直径上夹持

针对大批量相同或类似工件的加工,可以采用特殊的夹持器械。尤其对于薄壁的环,使用带有6或12个直径为400~4000mm卡盘的机械传动式杠杆平衡卡盘,可以获得很好的效果(图7)。在各个卡盘之间形成一种夹持量和夹持力的均衡状态,因此,即使工件的圆周存在误差,工件也可以安全且无变形地被夹持住。此外,夹具还可以通过手动和自动被切换到一种纯中心夹持方式。

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图7  带有快速可调卡钳的6WAZM型六卡钳杠杆平衡卡盘夹持薄壁的环,可以获得很好的效果

三:夹持力轴向作用于支座上

针对特别容易变形和不规则形状的工件,通常采用指形卡盘。在这种情况下,夹持力并非以径向方式作用,而是由指形卡盘轴向作用于所设定的对中点和支撑点(图8),工件的径向变形在最大程度上得以避免。在指形卡盘上,可以结合先前的对中卡盘和较小的夹持力以及强劲的轴向夹持。此外,还有很多的特殊卡盘不仅可以用于环形工件,同时也可以用于各种复杂形状的工件。

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图8  机械传动的FLDA型对中指形卡盘特别应用于容易变形和不规则形状的工件

此类夹具大部分都是为特定形状的工件而设计的,并由专业化的夹具技术公司按照客户订单的要求进行设计和制造。当然,这种卡盘要比批量加工的标准夹具价格高,但是可以极大提高加工质量和生产效率,在较短的时间内即可收回成本。


(夹具侠)

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