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車床加工高密度海綿的探索

2018-8-14 來源：中（zhōng）國工程物理研究院流體物理研究（jiū）所作者：王華，邵文普，曹蓋

關鍵詞：海綿工件（jiàn）；車床；機械加工；特殊刀具

摘要：海（hǎi）綿是一（yī）種（zhǒng）非常（cháng）軟的物質，屬於成型產品，稍有壓力極易變形凹陷。若在車床上再次（cì）加工，很難保（bǎo）證（zhèng）海綿在加工過程中不受力變形，從而保證其尺寸。有（yǒu）關海綿的切削加工（gōng），在書籍以及自己實際的工作中並沒有遇到過，無從借鑒。在加工過程中，經（jīng）過多次試製，設（shè）計海綿專用工裝，調節合適的切削參數，終於（yú）實現了大厚度海綿（mián）在車床上的切削，保證了加工任務的圓滿完成，同時也為今（jīn）後切削加工海綿（mián）提供方法和參考（kǎo）。

1 、海綿簡介

海綿在行業內區分的方法（fǎ）是以密度來（lái）劃分的，密度（dù）<18kg/m3 為低密度（dù）海綿，密度在18-45kg/m3 為中密度海（hǎi）綿，密度≥45kg/m3 為高密度海（hǎi）綿。

筆者所加工的海綿屬於密度≥45kg/m3 為高密（mì）度海綿，它（tā）具有吸（xī）收外力（lì）、手（shǒu）感細膩、柔軟（ruǎn）、舒適的特點，在汽車、家私、保健、玩具（jù）等行業（yè）能夠滿足多種市場需求，海綿製（zhì）品一般為成品件，若在車床上再次加工（gōng），難以裝夾且沒有合適的切削刀具[1-2]。

2、海綿加工分析（xī）

在工作中曾多次接觸海綿的加工任務（wù），所要加工的海綿（mián）一般（bān）僅有10mm 厚，且形狀多為長方形或正方形。鉗工使（shǐ）用刀（dāo）片直接劃（huá）分就可以保證產品成形。

此次需要加工的材（cái）料為80mm 厚（hòu）的（de）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，並不能劃透，需要分幾下才能完全劃割開來，但其邊框並不平整，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（dào）尺寸要求。故手工劃割根本不能滿足圖紙的（de）尺寸精度要（yào）求，外觀效（xiào）果也並不理想。

圖1 高密度海綿加工件

3 、工藝分析及製（zhì）定（dìng）

接（jiē）到此加工任務時，筆者憑借多年（nián）的工作經驗，確定需在普通車床上加（jiā）工此工件。但（dàn）普通車床車削這種大厚度海綿時有以下兩個方麵需要仔細（xì）考慮[3]：

（1）由於（yú）海綿比較（jiào）柔軟，無法在車床上直接裝夾，首先就要解決裝夾的（de）難題。

（2）由於海綿彈性好（hǎo）的特性，普通（tōng）刀具根本無法完成（chéng）海綿（mián）的車削，需要筆者磨製一（yī）特殊的刀具完成機械加工。

3.1 裝夾方案的確（què）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（xiān）加工一木（mù）製靠胎具，靠胎具大外圓Ф200mm，另一頭加工一（yī）個台階外圓，外徑大小（xiǎo）適合（hé）卡盤裝夾即可。由（yóu）於Ф200mm 的（de）端麵要和海綿接觸，為了保證接觸可靠（kào）不會自轉應適當增大海綿與靠（kào）胎之間的摩擦力，所以（yǐ）靠胎具表（biǎo）麵粗糙度應在12.5um。然後選擇重量較輕的有機玻璃加工一件頂蓋，頂蓋外徑要小於Ф60mm，加工成（chéng）Ф55mm，厚度10mm，與海綿接（jiē）觸一麵的粗糙度為12.5um。裝（zhuāng）夾（jiá）過程（chéng）中先（xiān）把木（mù）製靠胎裝夾在車床卡（kǎ）盤上讓海（hǎi）綿與胎（tāi）具表麵接觸，再由尾座使有機玻（bō）璃頂蓋輕輕接觸海綿表（biǎo）麵（miàn）保證海綿不會下落，整個過（guò）程（chéng）一定要（yào）輕，力量重了（le）將會使海綿凹陷（xiàn）變形。車削過程中，選擇低運轉主軸，一般不要超（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（yóu）於車刀要直接從海綿（mián）端麵切入，切入深度為80mm，因此要求車刀壁（bì）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（qǐ）初，采用切（qiē）刀條磨製了（le）一把車刀（dāo），試（shì）切後，發現厚度（dù）已經很薄的切刀條仍然不能滿足要求，加工出的海綿表（biǎo）麵粗糙（cāo）度不好，且軸向尺寸變（biàn）化較大。分析原因，得知由於切刀仍然過寬過厚造（zào）成（chéng），必須磨（mó）製一把（bǎ）長窄形並（bìng）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（néng）滿足要求，而手鋸的（de）鋸（jù）片屬於長窄薄的類型，且剛性（xìng）好，具（jù）有一定的強度，不（bú）會因為鋸片過薄，切入海綿時發（fā）生讓刀的情況。在砂（shā）輪機上磨製了一把刀片（piàn），長約150mm，寬約7mm，鋸片厚度0.6mm，刀尖部磨製的類似一把水果刀，如圖3 所示。刀（dāo）磨好後，卻因為它厚度太薄，無（wú）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（chù）銑（xǐ）一條（tiáo）寬5mm 深10mm 的通槽（cáo），攻2 個M5 螺孔，刀片放在槽內，用螺釘（dìng）鎖緊，刀套直接裝夾在刀架（jià）上，這樣就完成了刀片的固定，如圖4 所示（shì）。

圖4 刀具安裝示意圖

圖（tú）5 海（hǎi）綿（mián）加工示意圖

3.3 加工過程

工件及刀具裝好後，如圖5 所示，選擇低速運轉（zhuǎn）主軸，不（bú）可以超過每分鍾150 轉，走刀量每轉0.2mm。先將車刀沿海綿外徑大於（yú）Ф1000mm，大概Ф120mm 出上刀，直接劃入80mm 深，然後退刀測量尺寸。測量尺寸後（hòu），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 的兩端麵錐度大約在0.2mm 以內，表（biǎo）麵非常光滑，沒有（yǒu）接刀痕跡，工（gōng）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（huì），著重分析（xī）了海（hǎi）綿車削（xuē）加工時遇到的加工難題以及在車削過程中總結的（de）一套行（háng）之有效的（de）加工方法。此種加工（gōng）方法操作簡單（dān），非常適合（hé）於海綿類（lèi）零件（jiàn）的車削，有推廣價值（zhí）。

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