一种薄壁筒体内孔车刀的设计与制造

郭俊 王新 武艳慧

摘 要：某型号旋压毛坯是一薄壁筒体，壁厚较薄、长度较长，内孔精度要求高，内表面不允许接刀加工，表面质量要求较高。该薄壁筒体内表面车削过程易产生振动和变形，难以保证尺寸、形位和表面质量精度要求，为解决这一难题，设计制造了一种薄壁筒体内孔车刀，实际应用效果良好。

关键词：薄壁筒体;设计制造;内孔车刀

中图分类号：TG712 文献标识码：A

1 薄壁筒体工艺性分析

1.1 技术性分析

“旋压毛坯”材料为D406A超高强度钢，长530 mm，外表面圆度不大于0.15 mm，直线度不大于φ0.10 mm，内孔尺寸φ199±0.05 mm，表面粗糙度3.2 μm，壁厚10±0.03 mm，内孔不允许接刀车削。零件图纸见图1，三维造型图见图2。

1.2 结构工艺性分析

该零件属薄壁筒体，装夹易变形，在进行内孔车削时，需使用全包容专用软爪进行装夹。内孔长度较长，精度要求高，车削加工时，需设计制作专用内孔车刀，并选择合理的切削三要素。

2 内孔车刀的设计与制作

2.1 内孔车刀

内孔车刀是在车床上进行内表面车削加工时所使用的刀具，一般由刀头和刀杆两部分组成，有分体式和可调组合式内孔车刀。孔加工的关键技术是解决内孔车刀的刚度和排屑问题。普通内孔车刀可加工孔长较短，且刀杆刚性差，振动大，车削后内表面容易产生波纹，内孔尺寸精度和表面质量差。低速精车内孔后，内孔表面质量有一定改善，但内孔易产生一定锥度，影响工件形位精度要求。中速切削后，会产生积屑瘤，内孔表面质量降低。对特殊零件内孔的加工，需進行内孔车刀的设计制作。

2.2 内孔车刀设计思路

该“旋压毛坯”长度530 mm，内孔最终尺寸为φ199±

0.05 mm，不允许接刀车削。这就需要合理设计刀杆长度尺寸及直径。刀杆长度要大于850 mm，长杆直径最大φ100 mm，为增加刚性，长杆中间部分设计成有一定锥度的圆锥状，刀杆头部设计可装夹外圆车刀结构，尾部设计成长方体，使用时将刀杆紧固在机床刀架上，然后将普通或机夹车刀刀柄紧固在刀杆头部，由于刀杆长，重量重，需要注意的是，在使用时，刀杆尾部要加40 kg左右的配重。

2.3 材料选择

刀柄选择45号钢，并进行淬火处理，HRC32～38。

2.4 结构设计

刀杆总长为930 mm，为加强刀杆强度，刀杆整体设计成2°锥柄。刀杆尾端设计成70 mm×70 mm见方，长300 mm的长方体形状，并设计60 kg左右的配重。刀柄头部设计有31 mm×31 mm通槽，用于放置普通或机夹车刀刀柄，通槽上部设计有两个M12的螺纹孔，用于紧固螺栓拧紧。三维造型图见见图3，零件图见图4。

2.5 刀杆机械加工工艺路线

刀杆的机械加工工艺路线为：1料—2热（HRC32～38）—3钳（在端面划、钻中心孔）—4车（一夹一顶，车端面、外圆、外锥）—5车（调头，架中心架，车端面，车外圆）—6钳（划铣方外型线、刀杆头部外型线）—7铣（铣方）—8线切割（割刀杆头部外型）—9钳（钻、扩、攻2×M12螺纹孔）—10焊（焊接配重）—总检—入库。

2.6 车刀的选择

车刀选择普通硬质合金或机夹式外圆车刀，使用时将刀柄用两螺母紧固于刀杆头部。

2.7 车刀角度的选择

为减小筒体变形，应尽量减小车削径向力，所以车刀主偏角选择92°～93°，副偏角选择8°～9°，前角选择5°，为减小刀具与工件间的摩擦，主后角选择8°～9°，副后角选择15°，为使切屑排向工件待加工表面，刃倾角选择3°。

3 结论

经实际应用，使用本薄壁筒体内孔车刀成功完成了“旋压毛坯”内孔的车削加工，且效果良好。

参考文献：

[1]陈向云.机床夹具设计[M].电子工业出版社，2013.

[2]杨叔子.机械加工工艺师手册[M].北京：机械工业出版社，2010.

[2]徐灏.机械设计手册[M].北京：机械工业出版社，2002.