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（zhě）：王華 邵文普 曹蓋
摘 要：海綿是一種非（fēi）常軟的物質，屬於成型產品，稍有（yǒu）壓力極易變形凹陷。若在車床（chuáng）上再次加工，很難（nán）保證海綿在加工過程中不（bú）受力變形（xíng），從而保（bǎo）證其尺寸。有關海綿（mián）的（de）切削加工，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（guò）多次試製，設（shè）計海綿專（zhuān）用工裝（zhuāng），調節合適的切削參數，終於實現了大（dà）厚度海（hǎi）綿在車床上的切（qiē）削，保證了加工任務的圓滿完成，同時也為今後切（qiē）削加工海綿提供方法和參考。
關鍵（jiàn）詞（cí）：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（mì）度海綿，密度≥45kg/m3 為高密（mì）度海綿。
筆者（zhě）所加工的海綿屬於密度≥45kg/m3 為高密度海綿，它具有吸收外力、手感細膩、柔軟、舒適的（de）特點，在（zài）汽車、家私、保健、玩具（jù）等行業能（néng）夠滿足多種市場（chǎng）需求，海綿製品一般（bān）為成（chéng）品件，若在車（chē）床上再次加工，難（nán）以裝夾且沒有合適的切削刀具。
2、 海綿加工分析
在工作（zuò）中曾多次接觸海綿的加工任務（wù），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（liào）為 80mm 厚的高密度海綿。要求加工形（xíng）成圓筒（tǒng）形，如圖 1 所示。海綿工件外形尺 寸Ф100mm×Ф60mm，長度為 80mm。如果采用（yòng）以往鉗工的方式，即用刀片（piàn）一次劃（huá）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（yī）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（zú）圖紙（zhǐ）的尺寸精度（dù）要求，外觀效果也並（bìng）不理想。
3、 工藝分析及製定（dìng）
接到此加（jiā）工任務時，筆者憑借多年的工作經（jīng）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麵需要仔細考慮
圖1 高密度海綿加工件
（1）由於海綿比較柔軟，無法在車床上直接裝（zhuāng）夾，首（shǒu）先（xiān）就要解決裝夾的難題。
（2）由（yóu）於海綿彈性好（hǎo）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（jié）合多年的（de）加工經驗，設計專用工裝，如圖 2 所示。首先加工一木製靠胎具，靠胎具大外圓（yuán） Ф200mm，另一頭加工一個台階外（wài）圓，外徑大小適合卡盤裝夾即可。由於 Ф200mm 的端麵要（yào）和海綿接觸，為了保證接觸可靠不會自轉應適當增大海綿（mián）與靠胎（tāi）之間的摩擦力，所以靠胎（tāi）具表麵粗糙度應在 12.5um。然（rán）後選擇重量較輕的有（yǒu）機玻璃加工一件頂蓋，頂蓋外徑要小於Ф60mm，加工成 Ф55mm，厚度 10mm，與海綿接觸一（yī）麵的粗糙度為 12.5um。裝夾過（guò）程中先把木製靠胎裝夾在車床（chuáng）卡盤上讓海綿與（yǔ）胎具表麵接觸，再由尾座使有機玻璃頂蓋輕輕接觸（chù）海綿（mián）表麵保證海綿不會下落，整個過程一定要輕，力量重了將（jiāng）會使海綿凹陷變形。車（chē）削過程中（zhōng），選擇低運轉主軸，一般不（bú）要（yào）超（chāo）過每分鍾 150 轉。
圖2 海綿（mián）加（jiā）工工裝
3.2 刀具的解決方案
由（yóu）於車刀要直接從海綿端麵切入，切入（rù）深度為 80mm，因此要求車刀壁厚要非常薄，且刀具形狀應（yīng）設計為長窄形（xíng）。
圖3 海綿切削刀具
起初（chū），采用切刀條磨製了一把（bǎ）車刀，試切後，發現（xiàn）厚度已經很薄的切刀條仍然（rán）不能滿足要求，加工出的海綿表麵（miàn）粗糙度（dù）不好，且軸向尺寸變（biàn）化較大。分析原因，得知（zhī）由於切刀仍然過（guò）寬過厚造成，必須磨製（zhì）一把長窄形（xíng）並且厚度（dù）要更加薄的車刀才行，此（cǐ）時想象各種成型（xíng）刀具均不能滿（mǎn）足要求，而手鋸的鋸片屬於長窄薄的類型，且剛性好，具有一定的強度，不會因為鋸片過薄，切入海綿（mián）時發生讓（ràng）刀的情況。
在砂輪機上（shàng）磨（mó）製了一把刀片，長約（yuē） 150mm，寬約 7mm，鋸片厚度 0.6mm，刀尖部（bù）磨製（zhì）的類似（sì）一把水果刀，如圖 3 所示。
刀（dāo）磨好後，卻因為它厚度太薄，無法裝夾在刀架上（shàng），故又設計了一個刀套。取（qǔ）一件 80×50×25 的鋼料，邊緣 5mm處銑一條寬 5mm 深 10mm 的通槽（cáo），攻 2 個 M5 螺孔，刀（dāo）片放（fàng）在（zài）槽內，用螺釘鎖緊（jǐn），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（jiā）工過（guò）程
工件（jiàn）及刀具裝好後，如圖 5 所示（shì），選擇低速運轉主軸，不可以超過每分鍾 150 轉，走刀（dāo）量每轉 0.2mm。先將車刀沿（yán）海綿外徑大於 Ф1000mm，大概 Ф120mm 出（chū）上刀，直接劃入 80mm 深，然後退刀測（cè）量尺寸。測量尺寸後，根據測量值利用（yòng）中拖板（bǎn）刻度，劃（huá）割外圓及（jí）內孔，退開尾座，取下工件（jiàn），經測量 Ф60 及 Ф100 的兩端麵錐度大約在 0.2mm 以內，表麵非常光滑，沒有接刀痕跡，工件加工完成。
4、 結束語
本文簡要介紹（shào）了筆者車削海綿時的經驗體會，著重分析了（le）海綿車削加工時遇到（dào）的加工難題以及在車（chē）削過程中總結的一套行（háng）之有效的（de）加工方法。此（cǐ）種加工方法操作簡單，非常適合於海（hǎi）綿（mián）類零件的車削，有推廣價（jià）值。
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