浅析薄壁零件的加工工艺

浅析薄壁零件的加工工艺
摘要：薄壁零件具有重量轻，节约材料，结构紧凑等特点。

但是薄壁零件刚性差，强度弱，在加工中极容易变形，使零件的形位误差增大，不易保证零件的加工质量。

本文对薄壁零件的装夹，刀具的合理选用，切削用量的选择，切削液的使用等进行了加工工艺分析，来提高薄壁零件的加工精度，保证加工质量，对薄壁零件的加工指出了解决问题的具体方法。

关键词：薄壁零件加工精度工艺分析
薄壁零件是工业生产中不可缺少的重要零件，已日益广泛地应用在汽车制造、仿织、电力、石油化工、仪器仪表、飞机制造等各工业部门。

因为它具有重量轻，节约材料，结构紧凑等特点。

但薄壁零件的加工是车削中比较棘手的问题，原因是薄壁零件刚性差，强度弱，装夹难度大，在加工中极容易变形，使零件的形位误差增大，不易保证零件的加工质量。

因此，在大批量生产的加工情况下，不可避免会出现大量的不合格产品，但从零件的装夹，刀具的合理选用，切削用量的选择，切削液的使用等方面充分进行加工工艺分析，充分地考虑工艺问题对零件加工质量的影响，有效地克服薄壁零件加工过程中出现的变形，保证了加工精度，为今后更好的加工薄壁零件提供了好的方法及借鉴。

一、影响薄壁零件加工精度的因素
薄壁零件的加工精度主要有：尺寸精度（直径和长度尺寸）、几何精度（圆度和圆柱度）、相互位置精度（同轴度、垂直度和径向跳动）和表面粗糙度。

影响薄壁零件加工精度的因素主要是工件易变形，主要原因有以下几点：
（一）易受力变形：因工件壁薄，在夹紧力的作用下容易产生变形，切削时会出现此厚彼薄的情况。

比如：三爪卡盘夹紧工件加工内孔时，在夹紧力的作用下，会略微变成三角形，但车孔后得到的是一个圆柱孔。

当松开卡爪，取下工件后，由于弹性恢复，外圆恢复成圆柱形，而内孔则变成弧形三角形，而不是内圆柱面了。

从而影响工件的尺寸精度和形状精度。

（二）易受热变形：因工件较薄，切削热和切削过程中的径向力的作用，会引起工件热变形，从而使工件尺寸难以控制。

对于线膨胀系数较大的金属薄壁工件，如在一次安装中连续完成半精车和精车，由切削热引起工件的热变形，会对其尺寸精度产生极大影响，有时甚至会使工件卡死在夹具上。

（三）易振动变形：在切削力（特别是径向切削力）的作用下，容易产生振动和变形，影响工件的尺寸精度、形状、位置精度和表面粗糙度。

二、薄壁零件加工工艺分析
（一）加工工艺方案分析
在数控机床上加工零件，常用的工序划分原则有保证精度的原则和提高生产效率的原则两种。

数控加工要求工序尽可能集中。

常常粗、精加工在一次装夹下完成，但对于薄壁零件为减少热变形和切削力变形对工件的形状、位置精度、尺寸精度和表面粗糙度的影响，应将粗、精加工分开进行。

同时为减少换刀次数，节省换刀时间，应将需用同一把刀加工的加工部位全部完成后，再换另一把刀来加工其它部位。

应尽量减少空行程，用同一把刀加工工件的多个部位时，应以最短的路线到达各加工部位。

（二）改变零件的装夹方式
薄壁零件内外圆直径差很小，强度当然就弱，如果在卡盘上夹紧时用力过大，就会使薄壁零件产生变形，造成零件的圆度误差。

如果在卡盘上夹得不紧，在车削时有可能使零件松动而报废。

对于夹紧力的大小，可采取粗车时夹紧些，精车时夹松些来控制零件的变形。

通常在三爪自定心卡盘上装夹，零件只受到三个爪的夹紧力，夹紧力不均衡，从而使零件变形。

如果将零件上的每一点的夹紧力都保持均衡，换句话说，就是增大零件的装夹接触面，而减少每一点的夹紧力。

所以可采用开缝套筒（以铸铁或铜为材料，套筒内径与工件外径相同，外径比内径大8～10 mm，套筒轴向开一条2～3 mm的缝隙，安装时开缝套筒和工件一起装夹在三爪自定心卡盘上）或扇形软卡爪，通过试验证明：这种方法夹紧，零件的变形小，方法可行。

同时可转移夹紧力的作用点，由径向夹紧改为轴向夹紧，通过试验分析：轴向夹紧力的正应力约为径向夹紧力的1/6，零件的变形很小，也说明轴向压紧方法有利于承载夹紧力，而不致使零件变形。

（三）合理选择刀具的几何角度
在薄壁零件的车削中，合理的刀具几何角度对车削时切削力的大小，车削中产生的热变形、工件表面的微观质量都是至关重要的。

刀具前角大小，决定着切削变形与刀具前角的锋利程度。

前角大，切削变形和摩擦力减小，切削力减小，但前角太大，会使刀具的楔角减小，刀具强度减弱，刀具散热情况差，磨损加快。

所以，一般车削钢件材料的薄壁零件时，用高速钢刀具，前角取6～30°，用硬质合金刀具，前角取5～20°。

刀具的后角大，摩擦力小，切削力也相应减小，但后角过大也会使刀具强度减弱。

在车削薄壁零件时，用高速钢车刀，刀具后角取6～12°，用硬质合金刀具，后角取4～12°，精车时取较大的后角，粗车时取较小的后角。

主偏角在30～90°范围内、车薄壁零件的内外圆时，取大的主偏角。

副偏角取8～15°，精车时取较大的副偏角，粗车时取较小的副偏角。

（四）选用合理的切削用量
薄壁零件车削时变形是多方面的。

装夹工件时的夹紧力，切削工件时的切削力，工件阻碍刀具切削时产生的弹性变形和塑性变形，使切削区温度升高而产生热变形。

切削力的大小与切削用量密切相关。

从《金属切削原理》中可以知道：背吃刀量ap，进给量f，切削速度V是切削用量的三个要素。

背吃刀量和进给量同时增大，切削力也增大，变形也大，对车削薄壁零件极为不利；减少背吃刀量，
增大进给量，切削力虽然有所下降，但工件表面残余面积增大，表面粗糙度值大，使强度不好的薄壁零件的内应力增加，同样也会导致零件的变形。

所以，粗加工时，背吃刀量和进给量可以取大些；精加工时，背吃刀量一般在0.2～0.5 mm，进给量一般在0.1～0.2 mm/r，甚至更小，切削速度6～120 m/min，精车时用尽量高的切削速度，但不易过高。

合理选用三要素就能减少切削力，从而减少变形。

（五）切削液对薄壁零件的影响
用高速钢刀具粗加工时，以水溶液冷却，主要降低切削温度；精加工时，中、低速精加工时，选用润滑性能好的极压切削油或高浓度的极压乳化液，主要改善已加工表面的质量和提高刀具使用寿命硬质合金刀具，粗加工时，可以不用切削液，必要时也可以采用低浓度的乳化液或水溶液，但必须连续地、充分地浇注；精加工时采用的切削液与粗加工时基本相同，但应适当提高其润滑性能在车削过程中充分使用切削液不仅减小了切削力，刀具的耐用度得到提高，工件表面粗糙度值也降低了。

同时工件不受切削热的影响而使它的加工尺寸和几何精度发生变化，保证了零件的加工质量。

三、薄壁零件加工时的几点注意事项
（一）工件要夹紧，以防在车削时打滑飞出伤人和扎刀。

（二）在车削时使用适当的冷却液并充分冷却（如10～15﹪乳化液或煤油），能减少受热变形，使加工表面更好地达到要求。

（三）要注意安全文明生产。

工件要轻拿轻放，以免损伤工件。

在薄壁零件的加工过程中，会遇到较多的实际问题，而通过实际加工生产，从中不断地总结和思考，并很好地解决了加工精度不高等问题，减少了装夹校正的时间，减轻了操作者的劳动强度，提高效率并保证加工后零件的质量。