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車床（chuáng）加工高密度海綿的探索

2018-8-14 來源（yuán）：中國工程物理研究院流體物（wù）理研究所作者：王華，邵文普，曹蓋

關鍵（jiàn）詞：海綿工件；車床；機械加工；特殊刀具

摘要：海（hǎi）綿是一種非常軟的物質，屬於（yú）成型產品，稍有壓力極易變（biàn）形凹陷。若在車床上再（zài）次加工，很難保證（zhèng）海綿在加（jiā）工過程中不（bú）受力（lì）變形，從而保證其尺寸。有關海綿的切削加工，在（zài）書籍以及自（zì）己實際的工作中（zhōng）並沒有遇到過，無從（cóng）借鑒。在加工過程中，經過多次試製，設計海綿專用工裝，調節合適的切（qiē）削參數（shù），終於實現了大（dà）厚度海綿在車床上的切削，保證了加工任務的（de）圓滿完成，同時也為今後切削加工海綿提供方法和參考。

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（mì）度<18kg/m3 為低密度海綿（mián），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（shǔ）於密度≥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（yè）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（cì）加（jiā）工，難（nán）以裝夾（jiá）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（chù）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（shǐ）用刀片（piàn）直接（jiē）劃分就可以保證產品成形。

此次需（xū）要加工（gōng）的材料（liào）為80mm 厚的高密（mì）度海綿。要（yào）求加工形成圓筒（tǒng）形，如圖1 所示。海綿工件外形尺寸Ф100mm×Ф60mm，長度為（wéi）80mm。如果采用以往鉗工的方式，即用刀片一次劃割，並（bìng）不能劃（huá）透，需要分幾下才能（néng）完全劃割開來，但其邊框（kuàng）並（bìng）不平整，而且Ф60 及Ф100 兩端會形成錐度，一頭大一頭小（xiǎo）非（fēi）常明顯，很難達到（dào）尺寸要（yào）求。故手工劃割根本不（bú）能滿足圖紙的尺寸精度要求，外觀效果也並不理想。

圖1 高密度海綿加工件

3 、工藝分析及（jí）製定

接到此加工任（rèn）務時，筆者憑借（jiè）多年的工作（zuò）經驗（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有（yǒu）以下兩個方麵需要仔細（xì）考慮[3]：

（1）由於（yú）海綿比較柔軟，無法在（zài）車床上直接裝夾，首（shǒu）先就要解決裝夾（jiá）的難題。

（2）由於海（hǎi）綿（mián）彈性（xìng）好的特性，普通刀具根本無法完成海綿的車削，需要筆者磨製一（yī）特殊的刀具完成機械（xiè）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（zhě）結合多年的加工經驗，設計專用工（gōng）裝，如圖2 所示。首（shǒu）先加工一木製靠胎具，靠胎具大外圓Ф200mm，另一頭加工一個台階（jiē）外（wài）圓，外徑大小適合卡盤（pán）裝夾即（jí）可。由於Ф200mm 的端麵要（yào）和海綿接觸（chù），為了保證接觸可靠不會自轉應（yīng）適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。然後選擇重量較輕的有機玻璃（lí）加工一件頂蓋，頂蓋外徑（jìng）要小於Ф60mm，加工成Ф55mm，厚度10mm，與海綿接觸一麵的粗糙度為12.5um。裝夾過程中先把（bǎ）木製靠胎裝夾在車（chē）床卡盤上讓海綿與胎具表麵接觸，再由尾座使有機（jī）玻璃頂（dǐng）蓋輕輕接觸海綿表麵保證海綿不會下（xià）落，整個過程一定要（yào）輕，力量重了將會（huì）使海綿凹陷變形。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（hǎi）綿加工工裝

3.2 刀具的解決（jué）方案

由於車刀要直接從（cóng）海綿端麵切入，切入深度為80mm，因此要求車刀壁厚要非（fēi）常薄，且刀（dāo）具形狀應設計為長窄形。

圖3 海綿切削刀具

起（qǐ）初，采（cǎi）用切刀條磨製了一把車刀，試切後，發現厚（hòu）度（dù）已經很薄的切刀條仍（réng）然不能滿足要求，加工（gōng）出的海綿表麵粗糙度不好，且軸向尺寸變化較大。分析原因，得知由於切刀仍然過寬過厚造成，必須磨製一把長窄形並且厚度要更加薄的（de）車刀才行，此時想象各種成型刀具均不（bú）能滿足要求，而（ér）手鋸的鋸片屬於長窄薄的類型，且剛性好，具有（yǒu）一定的強度，不會因為鋸片過薄，切入海綿（mián）時發生讓刀的情（qíng）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，刀尖部磨製的類似（sì）一（yī）把水果刀，如圖3 所示。刀磨好後，卻因為它厚度太薄，無法裝夾（jiá）在刀架上，故又設計了一個刀套。取一件80×50×25 的鋼料（liào），邊（biān）緣5mm處銑一條寬5mm 深10mm 的（de）通槽，攻（gōng）2 個M5 螺孔，刀片（piàn）放在槽內，用螺釘鎖緊，刀（dāo）套直接裝夾在刀架上，這樣（yàng）就完成了刀（dāo）片的固定，如圖4 所示。

圖4 刀具安裝示意圖

圖5 海綿加（jiā）工示意圖

3.3 加工過程

工件（jiàn）及刀具裝好後，如圖5 所示，選擇低速運轉主軸，不（bú）可以超過（guò）每分鍾150 轉，走（zǒu）刀量每轉0.2mm。先將車刀沿海綿外徑（jìng）大於Ф1000mm，大（dà）概Ф120mm 出上刀，直接劃入80mm 深，然後退刀（dāo）測量尺寸。測量尺寸後，根據測量值利用中拖（tuō）板刻度（dù），劃割外（wài）圓及（jí）內孔，退（tuì）開尾座，取下工件，經測量Ф60 及Ф100 的兩端麵錐（zhuī）度大約（yuē）在0.2mm 以內，表麵（miàn）非常光滑，沒有接刀痕跡，工件加工完成。

4 、結束語

本文簡要（yào）介紹了（le）筆者車削海綿時的經（jīng）驗體會，著重分析了（le）海綿車削加工時遇到的（de）加工難題以及在車削過程中總結的一套行之有效的（de）加工方法。此種加工方法操作簡單，非常（cháng）適合於海綿類（lèi）零件的車削（xuē），有推廣價值。

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