車床加工高密度海綿的探索
2019-4-3 來源：中（zhōng）國（guó）工程物理研究院 作者：王華 邵文普 曹蓋
摘 要：海（hǎi）綿是一種非（fēi）常軟的物質，屬於成型產品，稍（shāo）有壓力極易變形凹陷。若在車床上再次加工（gōng），很難保證海綿在加工過（guò）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（jí）以及自己實際的工作中並沒有遇到過（guò），無從借鑒。在加（jiā）工過程中，經（jīng）過多次試製，設計（jì）海綿專用工裝，調節合適的切削參數（shù），終（zhōng）於實現了大厚（hòu）度海綿在車床上的切削，保證了（le）加工（gōng）任務的圓滿完成，同時也為（wéi）今後切削加工海綿提（tí）供方法和參考。
關鍵詞（cí）：海綿工件；車床；機械加工；特殊（shū）刀具
1、 海綿簡介
海（hǎi）綿在行業內區（qū）分的（de）方法是以密度來劃分的，密度<18kg/m3為低密（mì）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於（yú）密度≥45kg/m3 為（wéi）高密度海綿，它具（jù）有吸收外力、手感細膩、柔軟、舒適的特點（diǎn），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（cì）加工，難以裝夾且沒有（yǒu）合適的（de）切削刀具。
2、 海（hǎi）綿（mián）加工（gōng）分析
在工作中曾多次接觸（chù）海綿的加（jiā）工任務，所要加工的海綿一（yī）般僅有 10mm 厚，且形狀（zhuàng）多為長方形或正方形。鉗工（gōng）使用（yòng）刀片直接劃分就可以保證產品成形。
此次需（xū）要加工的材料為 80mm 厚的（de）高密度海綿。要（yào）求加工形成圓筒形，如圖 1 所示。海綿工（gōng）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（gē）開（kāi）來，但其邊框並不平整，而（ér）且 Ф60 及 Ф100 兩端會形成錐度（dù），一（yī）頭大一頭小非常明顯（xiǎn），很難達到尺寸要求。故手工劃割根本不能滿足圖紙的尺（chǐ）寸精度要求（qiú），外觀效果也並不理想。
3、 工藝分析及製定
接（jiē）到此加工任務時，筆者憑借多年（nián）的工作（zuò）經驗，確定需在普通車床上加工此（cǐ）工（gōng）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（zǎi）細考慮
圖1 高密度海綿加工（gōng）件
（1）由於海綿（mián）比較柔軟，無法在車床上直接裝夾，首先（xiān）就要解決裝夾的難題（tí）。
（2）由於（yú）海（hǎi）綿彈性好（hǎo）的特性，普通刀具（jù）根本無法完成海綿的車削，需要筆者磨製一特殊的刀具完成機械加工。
3.1 裝夾（jiá）方案的確定
為（wéi）解決海綿工件（jiàn）的裝夾難題，筆者結合多年的（de）加工經驗，設計專（zhuān）用工裝，如圖 2 所（suǒ）示。首先（xiān）加工一木製靠胎具，靠胎具大外圓 Ф200mm，另一頭加（jiā）工一個台階外圓，外徑大小適合卡盤裝夾即可。由於 Ф200mm 的端麵要和海綿接觸，為（wéi）了保證接觸可（kě）靠不會自轉應適（shì）當增大海綿與靠胎之（zhī）間的摩擦（cā）力，所（suǒ）以靠（kào）胎具表麵粗糙度應在 12.5um。然後選擇重量較輕的有機玻璃加（jiā）工一件頂蓋，頂蓋（gài）外徑（jìng）要小（xiǎo）於（yú）Ф60mm，加工成 Ф55mm，厚度 10mm，與海（hǎi）綿接觸一麵（miàn）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（kǎ）盤上讓海（hǎi）綿與胎具表（biǎo）麵接觸，再由尾座使有機玻璃（lí）頂蓋輕輕接觸海綿表麵保證海（hǎi）綿不會下落，整個過程一定要輕，力量重了（le）將會使海綿凹陷變形。車削過程中，選擇低運轉主軸（zhóu），一般（bān）不要超過每分鍾 150 轉。
圖（tú）2 海綿加工工裝
3.2 刀具的解決方案
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常薄（báo），且刀具形狀應設計為長窄形。
圖（tú）3 海綿切削刀具
起初，采用切刀條磨製了一把車刀，試切後，發現厚度已經很薄的切刀條仍（réng）然不（bú）能滿足要求，加工出的海綿（mián）表麵粗糙度不好，且（qiě）軸向尺寸變化較大。分析原因（yīn），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車刀才行，此時想象各種（zhǒng）成型刀（dāo）具均不（bú）能滿足要求，而手鋸的鋸片屬於長窄薄（báo）的（de）類型，且剛性好，具（jù）有一定的強度，不會因為鋸片過薄，切入海綿時發生讓刀的（de）情況。
在（zài）砂輪機上磨製了一把刀片，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。
刀磨好後，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（qǔ）一件 80×50×25 的鋼（gāng）料，邊（biān）緣 5mm處（chù）銑一條寬 5mm 深 10mm 的通槽，攻 2 個 M5 螺（luó）孔，刀片放在槽內，用螺釘鎖緊，刀套直接裝夾在刀（dāo）架上，這樣就完成了刀片的（de）固定，如（rú）圖 4 所示。
圖4 刀具安裝示意圖
圖5 海綿加工示意圖（tú）
3.3 加工（gōng）過程
工件及刀具裝好後，如圖 5 所示，選擇低速運轉主軸，不可以超過每分鍾 150 轉，走刀（dāo）量每（měi）轉 0.2mm。先將車刀沿海綿外徑大於（yú） Ф1000mm，大概（gài） Ф120mm 出上刀，直接劃入 80mm 深，然後退刀測量尺寸。測（cè）量尺寸後，根據測（cè）量值利用中拖板刻度，劃割外（wài）圓及內孔，退（tuì）開尾座，取下工（gōng）件，經測量 Ф60 及（jí） Ф100 的兩端麵（miàn）錐度大約在 0.2mm 以內，表麵非常光滑，沒有接刀（dāo）痕跡（jì），工（gōng）件加工完成。
4、 結束（shù）語（yǔ）
本文簡要（yào）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（xuē）加工時遇到的（de）加工難題以及在車削（xuē）過程中（zhōng）總結的一套（tào）行之有效的加（jiā）工（gōng）方法。此種加工（gōng）方法（fǎ）操作簡單，非常適合於海綿類零件的車削，有推廣價（jià）值。
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