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閥體是推進自鎖閥產品中的核心功能零件，一般由兩種材料、七段單個零件通過電子束焊接后再進行精密車削加工，屬于薄壁件，精度要求高，加工難度大。以前一直由手動車削加工，手動車床需要多次裝夾加工，存在加工效率低、尺寸一致性差等缺點。隨著十二五期間任務需求量的增加，并考慮到該產品工藝穩定性、產品可靠性等問題，認為實現該零件的數控化加工迫在眉睫，在多刀位的精密數控機床上，可通過一次裝夾完成切外圓、內槽及螺紋等幾個加工工序，以精密數控車削代替手動車削加工，可以提高加工效率和質量，縮短加工周期。

1.閥體特點

（1）材料特點：閥體是由軟磁合金1J36或GYJ13與不銹鋼1Cr18Ni9Ti兩種材料電子束焊接在一起后再進行機械加工，其中軟磁合金與不銹鋼都屬于難加工材料，會嚴重降低刀具使用壽命。軟磁合金材料粘，車削時易產生積屑瘤，硬度不高，不易提高表面粗糙度質量。不銹鋼材料加工時不易斷屑，刀具需有斷屑槽。

（2）結構特點及主要精度要求：如圖1、2所示，零件由兩種材料7小段通過電子束焊接而成后再進行車削成形，屬于薄壁件，***薄處壁厚0.8mm，內孔尺寸Φ14.2 +0.0270mm（長L=62mm）為關鍵尺寸，同時也是零件的設計基準，兩端內孔、Ф22+0.050mm及Φ23+0.050mm對基準有同軸度要求，需小于0.03mm。

2.閥體精密數控車削加工難點及解決措施

閥體零件屬于薄壁難加工零件，根據零件材料及結構精度要求分析，數控車削存在以下幾方面難點問題：

（1）零件壁薄，剛性差，加工中振動變形問題。難點：閥體是由兩種材料單個7個零件電子束焊接在一起的，焊接后受熱變形等影響，各零件同軸度在0.2mm左右，其中三段內環槽單邊壁厚只有0.8mm,為薄壁加工，剛性差，加工易變形，原手動加工中為防止擺動及振動變形，使用的是一夾一頂方式加工外圓，但現有精密數控機床尾座******力度不可控，頂持力過大會導致零件變形，另外加上******后Z軸行程縮短，刀塔刀位旋轉受限，起不到精密數控加工的優勢，影響加工效率。

措施：為了解決加工中零件擺動及振動變形問題，并考慮到現有精密數控機床特點，設計心軸工裝進行防振，以增加零件剛性，減少加工振動變形，如圖3、4所示，心軸具體使用要求有如下幾點：①心軸材質使用45號鋼，這樣具有一定的硬力及拉伸力。②心軸上下二端采用橡膠墊，可以有效地減少加工過程中地刀具切削力的影響。③心軸螺栓與螺母采用左旋螺紋，這樣加工中不會因主軸正轉產生松動而發生心軸脫離危險。

效果：通過對閥體零件心軸工裝胎具的使用，提高了加工剛性，解決了零件振動變形問題，經測量外圓及內環槽薄壁沒有發生變形，外圓圓度公差在0.003mm以內。

（2）零件裝夾用三爪卡盤設計。難點：手動精密加工中一直采用開口胎具抱緊閥體外圓φ30mm加工內孔的方法，來保證內孔尺寸及同軸度要求，但是閥體在精車加工右端面內孔時，因為左端外徑尺寸φ33mm，而開口胎具夾緊閥體外圓直徑尺寸為φ30mm，所以開口胎具必須拿下來，安裝好閥體后，再由三爪卡盤夾緊開口胎具，千分表打表找正閥體右端外圓同軸度0.02mm以內，再進行精車右端內孔。這種方法經常會出現夾緊力度不一，需要重復裝夾開口胎具，再次千分表打表找正這一問題。現在由于批量較大，數量是以前的3倍，數控加工如果還使用開口胎抱緊外圓加工，這樣就需要二次裝夾，會極大地降低閥體加工效率，起不到數控加工的優勢，原開口胎具如圖5所示。

措施：考慮到開口胎具使用中的實際問題，結合自己多年加工經驗，充分利用現有資源，對三爪卡盤卡爪進行改造，自行設計非標準卡爪，使卡爪具有開口胎具包容性的同時只采用一次裝夾就可以進行精車右端內孔，具體如圖6所示。

效果：通過閥體實際加工應用，一體式三爪的優點突出，內孔φ14.2+0.020mm尺寸及同軸度均符合設計要求，并且徹底解決了以前開口胎具的重復裝夾問題，極大地提高了閥體加工效率，并保證了產品的尺寸一致性及穩定性。

(3)零件為難加工材料，刀具選用問題。難點：手動加工中一直采用綜合性能良好的鎢鈷鈦類硬質合金YW1（適于耐熱鋼、高錳鋼和不銹鋼加工使用）刀具，但閥體為兩種不同金屬材料電子束焊接在一起，數控加工如果也用硬質合金刀片，由于須同時車削兩種金屬材質，在車削參數不變的情況下對刀尖的磨損度不同，尤其在閥體重要內孔尺寸φ14.2+0.020mm長L=62mm加工中，會產生錐度，這時就要對刀具重新修磨，反復修磨刀具會使加工效率降低，零件精度下降。

措施：根據以前的加工經驗及試驗摸索，選擇出適合加工軟磁合金與1Cr18Ni9Ti不銹鋼兩種材料的硬質合金刀片牌號（美國肯納KC5010），又結合閥體自身結構特點，三處環槽單邊只有0.8mm的薄壁特點，對使用的加工環槽數控車刀進行修磨，將車刀前角磨制為5°，后角磨制為8°，副偏角25°，這樣既減少摩擦面接觸，又不使刀片失去強度。刀具如圖7、8所示。

效果：通過對數控刀具牌號及車刀角度的選用，在實際閥體加工中，外圓表面和三處環槽沒有產生車削變形問題，內孔尺寸φ14.2+0.020mm錐度誤差在0.003mm之內，完全符合圖樣要求。

3.結語

通過詳細分析閥體數控加工中存在的主要難點問題，根據零件的材料、結構特點及精度等要求，從刀具選擇、切削參數、裝夾方法及工裝胎具使用等幾方面考慮，有效地解決了數控加工中存在的難點問題，制定了數控車削加工方案，并得出主要成果如下：

（1）加工方案：①軟爪夾左端Φ31mm外圓處，加工右端所有外圓。②一體式三爪夾Φ30mm外圓處，加工左端Φ31mm外圓、內孔及Φ14.2mm內孔。③一體式三爪夾Φ30mm外圓處，加工右端所有內孔，保證尺寸及同軸度要求。

（2）加工成果。①閥體精密數控加工是可以實現的，所有尺寸及形位精度符合圖樣要求，利用一體式三爪工裝進行裝卡加工，總裝卡時間減少50%以上，總加工效率提高3倍以上。②通過選擇合理的刀具及切削參數，加工出的表面粗糙度***優可達Ra=0.1μm，平均Ra=0.2μm，與原手動加工相比，可極大提高表面加工質量。③閥體精密數控加工可保證零件的尺寸一致性，公差值可按批量控制在0.01 mm以內，極大地提高了尺寸一致性及穩定性。

（本文刊登在《金屬加工（冷加工）》201４年第２０期，作者單位：北京控制工程研究所）

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