車床加工高密度海綿的探索
2019-4-3 來源：中國工程物理研究院 作者：王華 邵文普 曹蓋
摘 要：海綿是一種非常軟的物質，屬于成型產品，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。有關海綿的切削加工，在書籍以及自己實際的工作中并沒有遇到過，無從借鑒。在加工過程中，經過多次試制，設計海綿專用工裝，調節合適的切削參數，終于實現了大厚度海綿在車床上的切削，保證了加工任務的圓滿完成，同時也為今后切削加工海綿提供方法和參考。
關鍵詞：海綿工件；車床；機械加工；特殊刀具
1、 海綿簡介
海綿在行業內區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、手感細膩、柔軟、舒適的特點，在汽車、家私、保健、玩具等行業能夠滿足多種市場需求，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。
2、 海綿加工分析
在工作中曾多次接觸海綿的加工任務，所要加工的海綿一般僅有 10mm 厚，且形狀多為長方形或正方形。鉗工使用刀片直接劃分就可以保證產品成形。
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 兩端會形成錐度，一頭大一頭小非常明顯，很難達到尺寸要求。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。
3、 工藝分析及制定
接到此加工任務時，筆者憑借多年的工作經驗，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有以下兩個方面需要仔細考慮
圖1 高密度海綿加工件
（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，筆者結合多年的加工經驗，設計專用工裝，如圖 2 所示。首先加工一木制靠胎具，靠胎具大外圓 Ф200mm，另一頭加工一個臺階外圓，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自轉應適當增大海綿與靠胎之間的摩擦力，所以靠胎具表面粗糙度應在 12.5um。然后選擇重量較輕的有機玻璃加工一件頂蓋，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，再由尾座使有機玻璃頂蓋輕輕接觸海綿表面保證海綿不會下落，整個過程一定要輕，力量重了將會使海綿凹陷變形。車削過程中，選擇低運轉主軸，一般不要超過每分鐘 150 轉。
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，且刀具形狀應設計為長窄形。
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，發現厚度已經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，必須磨制一把長窄形并且厚度要更加薄的車刀才行，此時想象各種成型刀具均不能滿足要求，而手鋸的鋸片屬于長窄薄的類型，且剛性好，具有一定的強度，不會因為鋸片過薄，切入海綿時發生讓刀的情況。
在砂輪機上磨制了一把刀片，長約 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，卻因為它厚度太薄，無法裝夾在刀架上，故又設計了一個刀套。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 M5 螺孔，刀片放在槽內，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，選擇低速運轉主軸，不可以超過每分鐘 150 轉，走刀量每轉 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，然后退刀測量尺寸。測量尺寸后，根據測量值利用中拖板刻度，劃割外圓及內孔，退開尾座，取下工件，經測量 Ф60 及 Ф100 的兩端面錐度大約在 0.2mm 以內，表面非常光滑，沒有接刀痕跡，工件加工完成。
4、 結束語
本文簡要介紹了筆者車削海綿時的經驗體會，著重分析了海綿車削加工時遇到的加工難題以及在車削過程中總結的一套行之有效的加工方法。此種加工方法操作簡單，非常適合于海綿類零件的車削，有推廣價值。
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