車床加工高密度海綿的探索
2018-8-14 來源： 中國(guó)工程物理研究院流體物理研究所 作者：王華，邵文普，曹蓋
關(guān)鍵詞：海綿工件；車床；機(jī)械加工；特殊刀具
摘要：海綿是一種非常軟的物質(zhì)，屬于成型產(chǎn)品，稍有壓力極易變形凹陷。若在車床上再次加工，很難保證海綿在加工過程中不受力變形，從而保證其尺寸。有關(guān)海綿的切削加工，在書籍以及自己實(shí)際的工作中并沒有遇到過，無從借鑒。在加工過程中，經(jīng)過多次試制，設(shè)計(jì)海綿專用工裝，調(diào)節(jié)合適的切削參數(shù)，終于實(shí)現(xiàn)了大厚度海綿在車床上的切削，保證了加工任務(wù)的圓滿完成，同時(shí)也為今后切削加工海綿提供方法和參考。
1 、海綿簡(jiǎn)介
海綿在行業(yè)內(nèi)區(qū)分的方法是以密度來劃分的，密度<18kg/m3 為低密度海綿，密度在18-45kg/m3 為中密度海綿，密度≥45kg/m3 為高密度海綿。
筆者所加工的海綿屬于密度≥45kg/m3 為高密度海綿，它具有吸收外力、手感細(xì)膩、柔軟、舒適的特點(diǎn)，在汽車、家私、保健、玩具等行業(yè)能夠滿足多種市場(chǎng)需求，海綿制品一般為成品件，若在車床上再次加工，難以裝夾且沒有合適的切削刀具[1-2]。
2、 海綿加工分析
在工作中曾多次接觸海綿的加工任務(wù)，所要加工的海綿一般僅有10mm 厚，且形狀多為長(zhǎng)方形或正方形。鉗工使用刀片直接劃分就可以保證產(chǎn)品成形。
此次需要加工的材料為80mm 厚的高密度海綿。要求加工形成圓筒形，如圖1 所示。海綿工件外形尺寸Ф100mm×Ф60mm，長(zhǎng)度為80mm。如果采用以往鉗工的方式，即用刀片一次劃割，并不能劃透，需要分幾下才能完全劃割開來，但其邊框并不平整，而且Ф60 及Ф100 兩端會(huì)形成錐度，一頭大一頭小非常明顯，很難達(dá)到尺寸要求。故手工劃割根本不能滿足圖紙的尺寸精度要求，外觀效果也并不理想。
圖1 高密度海綿加工件
3 、工藝分析及制定
接到此加工任務(wù)時(shí)，筆者憑借多年的工作經(jīng)驗(yàn)，確定需在普通車床上加工此工件。但普通車床車削這種大厚度海綿時(shí)有以下兩個(gè)方面需要仔細(xì)考慮[3]：
（1）由于海綿比較柔軟，無法在車床上直接裝夾，首先就要解決裝夾的難題。
（2）由于海綿彈性好的特性，普通刀具根本無法完成海綿的車削，需要筆者磨制一特殊的刀具完成機(jī)械加工。
3.1 裝夾方案的確定
為解決海綿工件的裝夾難題，筆者結(jié)合多年的加工經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)專用工裝，如圖2 所示。首先加工一木制靠胎具，靠胎具大外圓Ф200mm，另一頭加工一個(gè)臺(tái)階外圓，外徑大小適合卡盤裝夾即可。由于Ф200mm 的端面要和海綿接觸，為了保證接觸可靠不會(huì)自轉(zhuǎn)應(yīng)適當(dāng)增大海綿與靠胎之間的摩擦力，所以靠胎具表面粗糙度應(yīng)在12.5um。然后選擇重量較輕的有機(jī)玻璃加工一件頂蓋，頂蓋外徑要小于Ф60mm，加工成Ф55mm，厚度10mm，與海綿接觸一面的粗糙度為12.5um。裝夾過程中先把木制靠胎裝夾在車床卡盤上讓海綿與胎具表面接觸，再由尾座使有機(jī)玻璃頂蓋輕輕接觸海綿表面保證海綿不會(huì)下落，整個(gè)過程一定要輕，力量重了將會(huì)使海綿凹陷變形。車削過程中，選擇低運(yùn)轉(zhuǎn)主軸，一般不要超過每分鐘150 轉(zhuǎn)。
圖2 海綿加工工裝
3.2 刀具的解決方案
由于車刀要直接從海綿端面切入，切入深度為80mm，因此要求車刀壁厚要非常薄，且刀具形狀應(yīng)設(shè)計(jì)為長(zhǎng)窄形。
圖3 海綿切削刀具
起初，采用切刀條磨制了一把車刀，試切后，發(fā)現(xiàn)厚度已經(jīng)很薄的切刀條仍然不能滿足要求，加工出的海綿表面粗糙度不好，且軸向尺寸變化較大。分析原因，得知由于切刀仍然過寬過厚造成，必須磨制一把長(zhǎng)窄形并且厚度要更加薄的車刀才行，此時(shí)想象各種成型刀具均不能滿足要求，而手鋸的鋸片屬于長(zhǎng)窄薄的類型，且剛性好，具有一定的強(qiáng)度，不會(huì)因?yàn)殇徠^薄，切入海綿時(shí)發(fā)生讓刀的情況。在砂輪機(jī)上磨制了一把刀片，長(zhǎng)約150mm，寬約7mm，鋸片厚度0.6mm，刀尖部磨制的類似一把水果刀，如圖3 所示。刀磨好后，卻因?yàn)樗穸忍。瑹o法裝夾在刀架上，故又設(shè)計(jì)了一個(gè)刀套。取一件80×50×25 的鋼料，邊緣5mm處銑一條寬5mm 深10mm 的通槽，攻2 個(gè)M5 螺孔，刀片放在槽內(nèi)，用螺釘鎖緊，刀套直接裝夾在刀架上，這樣就完成了刀片的固定，如圖4 所示。
圖4 刀具安裝示意圖
圖5 海綿加工示意圖
3.3 加工過程
工件及刀具裝好后，如圖5 所示，選擇低速運(yùn)轉(zhuǎn)主軸，不可以超過每分鐘150 轉(zhuǎn)，走刀量每轉(zhuǎn)0.2mm。先將車刀沿海綿外徑大于Ф1000mm，大概Ф120mm 出上刀，直接劃入80mm 深，然后退刀測(cè)量尺寸。測(cè)量尺寸后，根據(jù)測(cè)量值利用中拖板刻度，劃割外圓及內(nèi)孔，退開尾座，取下工件，經(jīng)測(cè)量Ф60 及Ф100 的兩端面錐度大約在0.2mm 以內(nèi)，表面非常光滑，沒有接刀痕跡，工件加工完成。
4 、結(jié)束語
本文簡(jiǎn)要介紹了筆者車削海綿時(shí)的經(jīng)驗(yàn)體會(huì)，著重分析了海綿車削加工時(shí)遇到的加工難題以及在車削過程中總結(jié)的一套行之有效的加工方法。此種加工方法操作簡(jiǎn)單，非常適合于海綿類零件的車削，有推廣價(jià)值。
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