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車床加工高密（mì）度海綿的探索

2018-8-14 來源：中國工程物理研（yán）究院流體物理研究所作者：王華，邵（shào）文普，曹蓋（gài）

關鍵詞：海綿工件（jiàn）；車（chē）床（chuáng）；機械加工；特殊刀具（jù）

摘要：海（hǎi）綿是一種非常軟的（de）物質，屬於成型產品，稍有（yǒu）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（lì）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（zhōng）並沒有遇到過，無從借鑒。在加工過程中，經過多次試製，設計海綿（mián）專用工裝，調節合適的切削參數，終於實現了大厚度海（hǎi）綿在（zài）車床上的（de）切削，保證了加工（gōng）任務的圓滿完成，同時也為（wéi）今後切削加工（gōng）海綿提供方法和參考。

1 、海綿簡介

海（hǎi）綿在行業內區分的方法是以密度來劃分（fèn）的，密度<18kg/m3 為（wéi）低（dī）密度海綿，密度在18-45kg/m3 為中密度海綿，密度≥45kg/m3 為高（gāo）密度海綿（mián）。

筆者（zhě）所加工的海綿屬（shǔ）於密度≥45kg/m3 為高密（mì）度海綿，它具有吸收外力、手感細膩、柔軟、舒適的（de）特（tè）點，在汽車、家私、保健、玩具等行業能夠滿足多種市場需求，海綿製品一般為成品件，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（gōng）作中曾多次接觸海（hǎi）綿的加工任（rèn）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（jiā）工的材料（liào）為80mm 厚（hòu）的高（gāo）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（wǎng）鉗（qián）工的方式，即用刀片（piàn）一次劃割，並不能劃透，需要分幾下才能完（wán）全劃割開來，但（dàn）其邊（biān）框並不平（píng）整，而且Ф60 及Ф100 兩端會形成錐度，一頭大一頭小非常明（míng）顯，很難（nán）達到尺寸要求。故（gù）手工劃（huá）割根本不（bú）能滿足圖紙的尺寸精度要求，外觀效果也並不（bú）理想（xiǎng）。

圖1 高密度海綿加工件

3 、工藝分（fèn）析及製定

接到此加工任務時，筆者憑借（jiè）多年的工作經驗，確定需（xū）在普通車床上加（jiā）工此工件。但普通車（chē）床車（chē）削這種大厚度海綿時有以下兩個（gè）方麵需要仔細考慮[3]：

（1）由於海（hǎi）綿比較柔軟，無（wú）法在車床上直接裝夾，首先就要解決裝夾的（de）難題（tí）。

（2）由於海綿彈性好的特性，普通刀具根本無法完成海（hǎi）綿的車削，需要筆者（zhě）磨製一特殊的刀具完成機械加工。

3.1 裝夾方（fāng）案的確定

為解決海綿工件的裝夾（jiá）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（shǒu）先加工一（yī）木製靠胎具，靠胎具大外圓Ф200mm，另一頭加（jiā）工一個台階外圓（yuán），外徑大（dà）小適合卡盤裝夾即可。由於（yú）Ф200mm 的端麵要和海（hǎi）綿接觸（chù），為了保（bǎo）證接觸可（kě）靠不會自轉應適（shì）當增大海綿與靠胎之間的摩擦力，所以靠胎具表麵粗糙度應在12.5um。然後選擇重量較（jiào）輕的有機玻璃加工一件頂蓋，頂蓋外徑要小於Ф60mm，加工（gōng）成（chéng）Ф55mm，厚度10mm，與海綿接觸一麵的粗糙度為12.5um。裝夾過程中（zhōng）先把木製靠胎裝夾在車床卡盤上讓海綿與胎具表（biǎo）麵接（jiē）觸，再由尾座使有機玻璃頂蓋輕輕接觸海綿表麵保證海綿不會下落，整個過程一定要（yào）輕，力量重了將會使海綿凹陷變（biàn）形。車削（xuē）過程中，選擇低運轉主軸，一般不（bú）要超（chāo）過每分鍾150 轉。

圖2 海綿（mián）加工工裝

3.2 刀具的解決方案

由於車刀要直接從海綿端麵切入，切（qiē）入深度為80mm，因此要（yào）求車刀壁厚要非常薄，且刀具形狀（zhuàng）應設（shè）計為長窄形。

圖（tú）3 海綿切削刀具

起初，采用切刀條磨（mó）製了一把車刀，試切（qiē）後，發現厚度已經很薄的切刀（dāo）條仍然不能滿足要求，加工出的海綿表麵粗糙度不好，且軸向尺寸變化較大。分析原因，得知由於切刀仍然（rán）過寬過厚（hòu）造成，必須磨製（zhì）一（yī）把長窄形（xíng）並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（qiú），而手鋸的鋸片屬於長窄薄的（de）類型，且剛性好，具有一（yī）定的強度，不會因為鋸片過薄（báo），切入海綿時發生（shēng）讓刀的情況。在砂輪機上磨製了一把刀片，長約150mm，寬約7mm，鋸片（piàn）厚度0.6mm，刀尖（jiān）部磨製的類（lèi）似一把水（shuǐ）果刀，如圖3 所示。刀（dāo）磨好後，卻因為它厚度太薄，無法裝夾在刀（dāo）架上，故（gù）又設計了一個刀套。取一（yī）件80×50×25 的鋼料，邊（biān）緣5mm處銑（xǐ）一條寬5mm 深10mm 的通槽，攻2 個M5 螺孔，刀片放在（zài）槽內，用螺釘鎖緊，刀套直接裝夾在（zài）刀架上，這樣就完成了刀（dāo）片的固定，如圖4 所示。

圖4 刀具（jù）安裝示意圖

圖5 海綿（mián）加工示意圖

3.3 加工（gōng）過程

工件及刀具裝好（hǎo）後，如圖5 所示，選擇低速運轉主軸，不（bú）可以超過每（měi）分鍾150 轉，走刀量每轉0.2mm。先將車刀沿海（hǎi）綿（mián）外（wài）徑大於Ф1000mm，大概Ф120mm 出上刀，直接劃入80mm 深，然後退（tuì）刀測量尺寸（cùn）。測量尺寸後，根據測量值利（lì）用（yòng）中（zhōng）拖板刻度（dù），劃割外圓及內孔，退開尾座，取下（xià）工件，經測量Ф60 及Ф100 的（de）兩端麵錐度大約在0.2mm 以內，表麵非常（cháng）光滑（huá），沒有接（jiē）刀痕跡，工件加工（gōng）完成。

4 、結束語

本文簡要介紹了筆者車削海綿（mián）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（yǒu）效的加工方法。此種加工方（fāng）法操作簡單，非常適合（hé）於海綿類零件的車削，有推廣價值。

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