薄壁件加工变形因素综合分析
薄壁零件的机械加工工艺分析
薄壁零件的机械加工工艺分析1. 引言1.1 背景介绍薄壁零件是指壁厚较薄，形状复杂的零件，通常用于汽车、航空航天、电子等领域。
随着现代工业的发展，对薄壁零件的需求越来越大，但是薄壁零件的加工过程中容易产生变形、残余应力等问题，给加工工艺提出了更高的要求。
薄壁零件的加工难度主要体现在以下几个方面：一是薄壁零件在加工过程中容易变形，特别是在切削加工过程中会出现振动、共振等问题；二是薄壁零件在加工过程中很容易产生残余应力，影响零件的精度和稳定性；三是薄壁零件通常要求加工精度高，加工表面要求光洁度要求高。
对薄壁零件的机械加工工艺进行深入研究和分析，对提高零件加工质量和效率具有重要意义。
本文将通过对薄壁零件的加工特点、机械加工方法、加工工艺优化、加工设备选择和注意事项等方面进行分析，希望能为薄壁零件的加工提供一些参考和帮助。
1.2 研究目的薄壁零件的机械加工工艺分析本文旨在探讨薄壁零件的机械加工工艺，通过对薄壁零件加工特点、机械加工方法、加工工艺优化、加工设备选择以及加工注意事项等方面进行深入分析，以期为相关行业提供一定的参考和指导。
薄壁零件因其结构特殊、加工难度大、容易变形等特点，在实际生产中存在一定的挑战。
通过对薄壁零件的机械加工工艺进行研究分析，可以帮助企业更加有效地解决加工过程中所面临的问题，提高生产效率、降低生产成本，提升产品质量和市场竞争力。
研究目的的关键在于深入了解薄壁零件的加工特点和加工工艺，找出存在的问题并提出解决方案，为制造工程技术人员提供可行的指导意见和建议。
通过本文的研究，希望能够为薄壁零件的机械加工工艺提供更加系统和全面的分析，为相关领域的技术人员提供参考和借鉴，推动薄壁零件的机械加工技术不断创新和提升。
1.3 研究意义薄壁零件在机械加工领域中起着重要的作用，其加工工艺的优化对于提高产品质量、降低生产成本具有重要意义。
由于薄壁零件的特殊性，其加工过程中容易出现变形、裂纹等问题，因此需要对其加工进行深入研究和优化。
数控加工薄壁零件的变形分析及控制
１ 薄壁零 件 的Ｊ ｊ ｎ － ｒ 误差
影响零件加工误 差的因素见图 １ 。
机 床 刀翼 工 件
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图 ２ 薄 壁 框 类 零 件 加 工 简 化 示意 圈
圈 １ 影响零件加工精 度的因素
用这 种修理 ， 可 以取消 中修 ， 简化修 理层次 ， 修理速度快 ， 质量 高， 因而大 大提高选矿设 备完好率和使用率 ， 增加企 业的经济效益 ， 也为专业化 维 选矿 设备经常处 在粉 尘浓度大 、 潮湿 、 泥 浆等恶劣 环境下高 负荷设 备工作， 要想使其经 常保持 良好 技术状 态和工作状 态， 就必须下大力气， 修 创 造 有 利 条件 。 另外， 要对 设备的操 作人员和维修人员进 行设备操作技 能培 训及设 加强设备的维护 与保 养， 最大限度的发挥设备的使用价值。维修工作要 备的保养维修技能培训 。 随着矿 山企业的不断发展壮大 ， 新技术、 新设备 以可靠性的理论 、 及 时的状态 监测 、 准确 的故障诊断为基础， 要坚持点检 给 设备的管理和使用提 出了更高的要求 ， 维修 人员和 设备 制的设备维修 管理方法 ， 采用 数据 说话、 标准作业 、 趋势分析 ， 通过 点检 的大量投入 ， 更新知识， 才能更好 的使用和维修好设备 。 定修数据积 累， 分析出设备零 部件失效的规律， 不断总结经验， 改进和完 操作人员必须提高素质 ， 善技术标准 ， 做到设备故障早 发现 、 早排除 ， 把 隐患消灭在萌芽状态 ， 降 ４ 结 语 低设备故障率 维修 设备时， 要按照设备的性质， 和重要程度， 实行事后 选 矿 设 备 主 要 的 磨 损 ． 是 设 备 在 一 定 使用 强 度 和 使 用 时 间 长度 下 ， 维修 、 预 防维修、 生产维修 、 状 态维修等模式相结 合， 对设备故障 薄弱环 在外力的作用下实体产生的磨损 、 变形和损 坏的集 中表现。为了减少磨 节， 坚持逢修必改， 杜绝故障重复发生。在高负荷、 强冲击 、 高温环境下使 损， 就要选择合 理的生产工艺和性能优异的设备， 在科学的管理下， 让设 用的设备中， 要改变使用的润滑油类型 ， 以提高轴承和运动装置抗冲击 、 备发挥最大的使用 价值 ， 为企业创造更大的经 济效益 。 耐负荷 、 耐高温能力， 以减 小磨损 ， 延长使用寿命。对于重要的齿轮 ， 要改 润滑脂润滑为 自动喷油润滑 ， 润滑油在压缩空气作用下 ， 吹成微 小颗粒 ， 参考文献 喷射到设备摩擦部位上 ， 可 以保证润滑油膜的均匀 、 连续 ， 同时可 以清除 【 １ ］ 季 景强， 选矿 设备 的振荡 、 磨 损与 维护啪． 中国新 技术 新产 品 ， ２ ０ １ １ ， １ ６ ） 摩擦部位表面 的污物 ， 有效的减小磨损 。对于低速 、 重载 的轴和瓦 ， 可以 （ 采用从轴下方高压喷油润滑 ， 高压油 的喷入 ， 形成可靠 的油膜 ， 托起 转动 【 ２ １ 冶玉清 ． 关于采 选矿及 化工机械 设备保 养措施 的研 究【 Ｊ 】 ． 科海 故事博 的轴 ， 减 小轴与瓦的接触， 避免了磨损发生 。总成互换修理法是 目前公认 览 ： 科技 探 索 ， ２ ０ １ １ ， （ １ ０ ） ． 的现场维修最佳方法 ， 是将磨损 的零部件拆下 ， 用 新品修 复进 行更换 ， 替 【 ３ 】 王绍平 近 年来我 国选矿技术发展回顾【 Ｊ 】 ． 现代矿业 ， ２ ０ １ ０ ， （ ６ ） ． 换下来的零部件在经济合理 的情 况下修复， 检验合格之后再做利用。采
基于有限元的薄壁件加工变形分析
3
实验验证方案
根据模拟结果，设计实验方案，包括加工参数、 工装夹具等，确保实验的可靠性和可重复性。
实验结果分析
变形量测量
01
通过测量薄壁件加工后的变形量，如挠度、扭曲等，验证有限
元模型的准确性和可靠性。
应力分布分析
02
分析薄壁件加工过程中的应力分布情况，研究加工参数对应力
分布的影响，为优化加工工艺提供依据。
壁件变形分析的通用性和普适性研究。
同时，现有的研究主要关注静力平衡状态下的变形分 析，而忽略了加工过程中的动态效应和残余应力的影
响。
研究内容与方法
研究内容
本研究旨在建立基于有限元的薄壁件加工变形分析方法，实现不同工艺和不同材料薄壁件的变形预测 。研究内容包括：建立有限元模型、模拟加工过程、预测变形情况、优化加工工艺和验证分析结果。
工艺优化方案
根据实验结果和分析结论，提出工艺优化方 案，减少变形量，提高加工精度和效率。
06
结论与展望
研究结论
01
02
03
04
薄壁件加工变形的主要原因是 材料特性和加工工艺参数，如
温度、压力等。
通过有限元分析，可以准确地 模拟和预测薄壁件的加工变形 ，为优化工艺参数提供依据。
针对不同材料的薄壁件，需要 采用不同的加工方法和工艺参
传统加工方法难以保证薄壁件的加工精度和质量，因此需要研究薄壁件的加工变形 分析方法。
基于有限元的方法是一种有效的数值分析方法，可以模拟薄壁件的加工过程，预测 其变形情况，为优化加工工艺和提升产品质量提供理论支持。
研究现状与问题
目前，基于有限元的方法已广泛应用于薄壁件的加工 变形分析。
然而，现有的研究主要集中在某一特定工艺或特定材 料的薄壁件变形分析，缺乏对不同工艺和不同材料薄
薄壁零件加工变形分析及控制方案
0引言薄壁零件在设备中的应用都是在核心部位，其质量以及性能的会关系到设备的应用效果。
再加上薄壁零件在加工制作的过程中需要对其外壁进行不断的打磨，以使其达到薄壁的要求，但这就导致了资源的浪费，这与我们现代社会提倡的“绿色生产”相违背。
为了相应这一号召，就必须对生产的工艺以及过程进行分析，探究新的技术，实现薄壁零件的最优生产。
1薄壁零件的介绍薄壁零件顾名思义就是零件的壁厚较薄，一般为轮廓尺寸的二十分之一。
最重要的是其有强度高、承载性强等优点，受到了很多行业的追捧。
在航天产品以及汽车制造工业中，其具体的特点有以下几点，一是结构复杂，在很多的大型产品中应用，为了减轻产品整体的重量，会增加很多的复杂设计，因此故意忽略了装夹定位，导致零件结构复杂。
二是壁薄，尤其是对于一些精密产品来说，需要零件的壁更薄，并且不适合集中粗放生产，这就相应的增加了零件的生产时间，进而使得提高了制造成本。
三是精准度高，薄壁零件要适应设备的制造的需求，就必须提高自身的精确度，为此从毛坯加工到成品需要多道工序，而且在加工的过程中极易出现变形的情况，甚至会导致零件报废。
这增加了制造企业的经济负担，延误了买家的使用也对零件生产企业的形象造成了破坏。
四是制作材料多，为了使用不同产品生产的需求，薄壁零件在加工的过程中会应用到多种材料，例如塑料、钛合金等等，不同的原材料对工业的需求也有差别。
2薄壁零件的加工变形原因2.1残余应力因素薄壁零件中的残余应力是有两个方面组成的，一部分是毛坯残余应力，另一部分是加工过程中的残余应力。
例如在钛合金加工的过程中需要加热使得材料软化，导致了残余应力的产生，应力的释放会造成零件的变形，进而影响零件的质量。
2.2工件装夹因素为了应对加工的过程中零件出现的位移现象，技术人员会利用工件装夹对零件进行固定。
但是工件装夹产生的力也会对零件生产的精准度造成一定的影响。
因此，技术人员在设定工件装夹是要将其松紧调整到最优的模式。
浅析薄壁零件加工中变形振动分析和消振措施
薄壁零件加工中变形振动分析和消振措施摘要：车削过程中，工艺系统由于受到各种力的作用，工件和刀具之间常会发生相对振动。
它不仅使加工表面产生波纹，严重恶化加工精度和表面质量。
特别是最后一刀精车，当切削速度提高，常常会发生刺耳的响声，使车削无法继续加工下去。
所以，在加工薄壁零件中，不仅要考虑装夹中工件受力变形的问题，还要注意解决加工中振动问题关键词：薄壁零件加工变形振动措施车削薄壁零件在加工中很容易出现问题，如果我们在加工中善于总结经验，就能在加工中找出它的共性、个性和矛盾突出点。
变被动为主动。
从而才能够加工出合格的产品。
要想解决薄壁零件加工中出现的问题，我想从以下几个方面来加以分析。
一、薄壁零件装夹分析1、薄壁零件的加工特点薄壁零件以日益广泛地应用个工业部门生产机器零件中，车削薄壁零件的关键是变形、振动问题。
工件产生变形振动的原因大多是由于切削力、夹紧力、定位误差和弹性变形。
其中影响最大的是切削力和夹紧力。
我们在实践过程中减小切削力和切削热主要采取方法是：合理地选择切削用量、合理地选择刀具几何角度、减小夹紧力引起的变形，主要改变和改善夹紧力对零件的作用。
2、车削薄壁零件时采用的装夹方式以上讲的薄壁零件加工特点是车削中变形和振动问题。
由于薄壁零件的刚性差，车削中容易变形。
所以在装夹时要考虑到夹紧力的方向和着力点。
夹紧力的方向应选择在有利于减小夹紧力的部位。
如薄壁零件为套类，则可将径向夹紧力改为轴向夹紧力；薄壁零件为盘类，则可该轴向夹紧力为径向夹紧力；当薄壁零件径向和轴向刚性都很差时，保证夹紧力方向与切削力方向一致，就能使较小夹紧力起到较大夹紧力的作用。
还要夹紧力着力点应落在支承点正对面和切削力部位的附近以减小变形振动。
二、减小薄壁套装夹中变形的措施1、合理确定夹紧力的大小、方向、作用点。
粗、精车加工分开，当粗精车加工使用同一夹具时，粗加工余量大，切削力大。
因而需要较大的夹紧力。
而精车时余量小，切削力小，所需要的夹紧力也就小。
薄壁零件加工中存在的问题
薄壁零件加工中存在的问题在薄壁零件加工中，可能会面临一些常见的问题。
解决这些问题需要仔细分析每个步骤，并采取相应的措施。
以下是一些可能存在的问题和解决建议：1.变形问题：原因：薄壁零件在加工中容易发生变形，主要是由于切削力引起的材料内应力释放。
解决方案：选择合适的切削参数，采用适当的刀具，减小切削力。
可以考虑采用工艺补偿或者后续的校正工序。
2.毛刺和切屑：原因：薄壁零件的切屑很容易残留在切削区域，形成毛刺。
解决方案：采用适当的切削速度和进给速度，选择合适的切削刃具。
可以考虑添加冷却液以减少热影响，避免切削区域积聚切屑。
3.表面质量问题：原因：薄壁零件的加工可能导致表面粗糙度增加或表面平整度降低。
解决方案：使用高精度的加工设备和刀具。
确保刀具磨损良好，避免振动和共振问题。
定期检查和维护设备。
4.工艺稳定性问题：原因：薄壁零件的加工可能受到环境温度、湿度等因素的影响，导致工艺不稳定。
解决方案：控制加工环境的温湿度，采用合适的工艺参数。
在加工之前，对材料和设备进行预热，确保加工过程中的稳定性。
5.材料选择问题：原因：不同的材料对于薄壁零件加工的难度不同。
解决方案：在设计阶段选择适合加工的材料，考虑材料的强度、塑性等特性。
必要时，进行材料热处理以提高加工性能。
6.加工成本问题：原因：薄壁零件的加工可能涉及到高难度的工艺，导致加工成本增加。
解决方案：寻找合适的工艺和设备，优化刀具选择和切削参数，以降低加工成本。
考虑批量生产以提高效益。
通过综合考虑材料、工艺、设备和人员等因素，可以有效解决薄壁零件加工中可能出现的问题，提高加工质量和效率。
铝合金薄壁件加工变形控制
铝合金薄壁件加工变形控制一、引言铝合金薄壁件广泛应用于航空、汽车、电子等领域，因其具有轻量化、强度高、耐腐蚀等优点。
然而，在加工过程中，铝合金薄壁件容易发生变形，影响其精度和性能。
因此，如何控制铝合金薄壁件加工变形成为研究的重要方向。
二、铝合金薄壁件加工变形原因1.材料本身的性质：铝合金具有低的弹性模量和高的热膨胀系数，容易受到温度变化和应力影响而发生变形。
2.加工方式：冲压、拉伸等加工方式会产生内部应力，导致铝合金薄壁件发生弯曲或扭曲。
3.模具设计：模具的设计不当会使得材料分布不均匀，导致局部过厚或过薄区域出现，从而引起变形。
三、铝合金薄壁件加工变形控制方法1.材料选择：选择抗拉强度高且弹性模量低的铝合金材料可以减少变形。
2.加工方式优化：采用多工序加工、减小冲压力度、降低拉伸速度等方式可以减少内部应力，从而减少变形。
3.模具设计优化：合理设计模具结构，增加支撑点，避免过度变形等方法可以减少变形。
四、铝合金薄壁件加工变形控制实践1.材料选择：选择抗拉强度高的6061-T6铝合金材料进行试验。
结果表明，该材料相较于普通铝合金材料能够有效降低变形。
2.加工方式优化：采用多工序加工、缩短冲压时间、降低拉伸速度等方式进行试验。
结果表明，这些方法能够有效减少内部应力和变形。
3.模具设计优化：采用增加支撑点、增加模具刚度等方式进行试验。
结果表明，这些方法能够有效避免过度变形。
五、结论通过以上实践和研究，我们可以得出以下结论：1.选择抗拉强度高且弹性模量低的铝合金材料可以减少变形。
2.采用多工序加工、缩短冲压时间、降低拉伸速度等方式可以减少内部应力和变形。
3.合理设计模具结构，增加支撑点，避免过度变形等方法可以减少变形。
六、展望随着科技的不断进步，铝合金薄壁件加工变形控制的研究将会更加深入。
我们可以通过模拟分析、人工智能等方式来预测和控制铝合金薄壁件的变形，从而进一步提高其精度和性能。
薄壁零件加工变形的分析
薄壁 零件 加 工 变形 的分 析
韩 啸
（ 原 重 工 油 膜 轴 承 分 公 司 ， 山 西 太原 太 ００２） ３ ０ ４
摘 要 ： 过 对 轧机 油膜 轴 承 衬 套 实 际加 工 案 例 的 分 析 ， 出 了影 响 薄 壁 零件 加 工 质量 的 ３个 主 要 因素 ，即夹 紧 通 指
尺寸公 差＜ Ｏ ０ ． ５ｍｍ， 同轴度 ＜Ｏ ０ ． ２ｍｍ， 表面 粗糙度 Ｒ ＜ Ｏ８ ａ ． ｍ， 这更增 加 了该零 件 的加 工难 度 。为 了解 决 产 品加工 质量 问题 ，本 文分 析 了影 响零 件变形 的几 个 主要 因素 ，并提 出 了相 应 的对策 。 １ 夹 紧力 对工件 加工 精度 的影响
力 、 切 削 力和 切 削热 ，并 提 出 了解 决 的 办 法 。 关键 词 ： 薄壁 零件 ；加 工 变 形 ；油 膜 轴 承 衬 套 ； 夹 紧 力 ；切 削力 ；切 削热
中 图 分 类 号 ：Ｔ ６ ． Ｈ１ １ １ 文 献 标 识 码 ：Ｂ
０ 引 言
决 这个 问题 的办法 ，即改变零 件原 始 的装 卡方式 。从 热处理 后 的精 车开 始 ，就设法 在 以后每 道工序 的装卡 时使 零 件尽 可能地不 承受 径 向力 。为此 为每道工 序设
图 １ 工 件 夹 紧 示 意 图
／
２ 切 削力对 工件 加工 精度 的影 响
在 切削 加工 时 ，使 零件 产生 变形 的力 主要 是径 向 切 削 力 ，零 件在 加工 中所受 径 向切削力 的大 小与所 用 的刀具 及车 削用量 等有 直接关 系 。应尽 可能选 择 主偏 角 大 的刀具 ， 主偏角 为 ９。 但 Ｏ 的刀最 好 不要选用 ， 因为 主偏 角为 ９。 Ｏ 的车 刀在 切削 过程 中虽 然径 向切 削分 力 几 乎 为零 ，但这 种刀极 易产 生扎 刀现 象 ，刀 具 的主偏
薄壁件加工变形因素综合分析
航空工业中广泛使用薄壁结构零件。薄壁结构零件主要由若干侧壁和腹板组成，结构形状复杂，外 形协调要求高，零件外廓尺寸相对截面尺寸较大，加工余量大、相对刚度较低，加工工艺性差…。在切 削力、切削热、残余应力和夹紧力等因素影响下，易发生加工变形，不易控制加工精度和提高加工效率。 尤其是在切削力作用下，侧壁和腹板极易变形，造成薄壁零件尺寸超差，厚度不均匀等误差。
应力管理技术（ＲＳＭ），从不同的角度讨论减小残余应力的方法，对于刀具前角，该文指出，前角每增
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
加１度，切削温度及切削力会降低１０％。
，
（２）切削三要素的影响。文献ｎ¨指出加工时可以优先选用大的切削深度，适当的进给量，小的切
削速度来减小残余应力。文献ｌ“”指出，应该使用连续的进给，避免刀具在１１：＇－ｂ的某一位置停留，以防止
Ｃｏｒｎｅｒｉｎｇ Ｃｕｔｓ【Ｊ】．Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆＭａｃｈｉｎｅ Ｔｏｏｌ Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ ｒｅ．ｓｅａｒｃｈ，１９８２，２２（１）：７－２２
３
ＲＪ．Ｃｈｅｎｇ， Ｊ．Ｔ．Ｔｓａｙ ａｎｄ Ｓ．Ｃ．Ｌｉｎ．Ａ Ｓｔｕｄｙ ｏｎ Ｉｎｓｔａｎｔａｎｅｏｕｓ Ｃｕｔｔｔｎｇ Ｆｏｒｃｅ Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｓ ｉｎ Ｆａｃｅ Ｍｉｌｌｉｎｇ．
（南京航空航天大学机电学院，南京２１００１６）
摘要航空工业中广泛使用薄壁件，但是由于其加工工艺性差，在切削力、残余应力、切削 热、夹紧力等因素影响下，薄壁件易发生加工变形，不易控制加工精度和提高加工效率。本文 运用有限元技术，结合受力模型，对薄壁件加工中的受力变形进行了分析，并对薄壁件加工过 程中引起变形的其它因素进行了分析，并提出了相应预防变形的工艺措施。 关键词薄壁件，变形，切削力，残余应力，切削热，夹紧力，有限元
薄壁套零件的加工变形分析和工艺改进
由于宽 软爪夹 持后 能有 效地 将夹 紧力均 布 于工 件表面， 松开 工件 后 ， 件 弹 性 变形 均 匀 ， 高 ＿ 工 提 ｒ工
件 的精 度 。 ２ ３ 控制调 质硬 度 ． 零件 的切 削性 能 与材 料 的硬度 、 塑韧 性 密切 相
将 粗加 工 、 精 加 工 、 加 工分 开 进 行 ， 避 免 半 精 可
图 １ 普通 三爪 定 心 卡盘 夹持 使 工 件 变 形 示 意 图
２ 工 艺 改进
通 过反 复 的实践 和分析 ， 以增加 半精 车工 序 、 可 定 性处 理 （ 将工 件加 温至 ２ ０ ０ ５ ￣３ ０℃ ， 温 ２ ） 保 ～３ｈ
的变形 。缺 点为成 本高 ， 只适 合大 批量 、 成规 格 的牛
作 者 简 介 ： 云 霞 （ ９ ４）女 ， 师 ， 要 研 究 方 向 为 软 件 与 尹 １ ７一 ， 讲 主
网络工程 。 收 稿 日期 ：０ ０年 ４月 ２ 日 ２１ ０
虑认 识层 面 的 问题 。现 阶段 ， 国软 件 业 的业 内项 我
目管 理人员 仍 然更 多关 注 于技术 问题 而 忽视 了认 识
自己那 部分任务 ， 不愿意与 他人协 作 。这些 现象都将
造成项 目组 内部 资源 的损 耗 ， 从而影 响项 目进 展 。 解 决 办法 ： 目经 理 应 当对项 目成 员 的职 责范 项 围进 行合 理 的分 配并 清楚 的说 明 ，同时 强调 不 同分
Ｅ ］Ｎｅｌ ｉ ｅ． ３ ａ Ｗｈｔ ｎ 管理软件开发项 目Ｅ ． ｔ Ｍ］ ２版． 孙艳 春 ， 译．
产。
２ ）加 大夹 持面 积 以降低 压强 ， 径 向夹 紧 力均 使
布工 件表 面 。常见 的 方式 有 软 爪 夹 持 、 软爪 和 开 口
铝合金薄壁件加工中变形的因素分析与控制方法
铝合金薄壁件加工中变形的因素分析与控制方法一般认为，在壳体件、套筒件、环形件、盘形件、轴类件中，当零件壁厚与内径曲率半径（或轮廓尺寸）相比小于1：20时，称作为薄壁零件。
这一类零件的共同特点是受力形式复杂，刚度低，加工时极易引起误差变形或工件颤振，从而降低工件的加工精度。
薄壁零件因其制造难度极大，而成为国际上公认的复杂制造工艺问题。
一、薄壁件加工变形因素分析薄壁件由于刚度低，去除材料率大，在加工过程中容易产生变形，对装夹工艺要求高，使加工质量难以保证。
薄壁类零件在加工中引起变形的因素有很多，归纳总结有以下几个方面：1、工件材料的影响铝合金作为薄壁件最理想的结构材料，与其他金属材料相比，具有切削加工性好的特点。
但由于铝合金导热系数高、弹性模量小、屈强比大、极易产生回弹现象，大型薄壁件尤为显著。
因此，在相同载荷情况下，铝合金工件产生的变形要比钢铁材料的变形大，同时铝合金材料具有硬度小、塑性大和化学反应性高等性质，在其加工中极易产积屑瘤，从而影响工件的表面质量和尺寸精度。
2、毛坯初始残余应力的影响薄壁件加工中的变形与毛坯内部的初始残余应力有直接的关系，同时由于切削热和切削力的影响，使工件和刀具相接触处的材料产生不能回弹的塑性变形。
这种永久性的变形一旦受到力的作用就会产生残余应力，而在加工过程中，一旦破坏了毛坯的残余应力，工件内部为达到新的平衡状态而使应力重新分布，从而造成了工件的变形。
3、装夹方式的影响在加工中夹具对工件的夹、压而引起的变形直接影响着工件的表面精度，同时如果由于夹紧力的作用点选择不当而产生的附加应力，也将影响工件的加工精度。
其次，由于夹紧力与切削力产生的耦合效应，也将引起工件残余应力的重新分布，造成工件变形。
4、切削力和切削热的影响切削力是影响薄壁件变形的一个重要因素。
切削力会导致工件的回弹变形，产生不平度，当切削力达到工件材料的弹性极限会导致工件的挤压变形。
在切削加工过程中，刀具与工件之间的摩擦所作的功，材料在克服弹性、塑性变形过程中所做的功绝大部分转化为加工中的切削热，从而导致工件的各部分的温度差，使工件产生变形。
薄壁零件的变形
薄壁零件的变形引言：薄壁零件是工程设计中常见的一类零件，它们通常具有较大的长度和宽度，但相对较小的厚度。
由于其特殊的结构，薄壁零件容易发生变形。
本文将探讨薄壁零件变形的原因、影响以及相应的解决方法。
一、薄壁零件变形的原因1.材料特性：薄壁零件通常采用金属材料制造，而金属材料在受力时容易发生塑性变形。
由于薄壁零件的厚度较小，其受力时的应力集中效应较为明显，进而导致材料发生变形。
2.制造工艺：薄壁零件在加工过程中，如切割、折弯、焊接等，容易受到应力的集中，从而引起变形。
此外，制造工艺中的温度变化、冷却过程等也会对薄壁零件的形状产生影响。
3.外部环境：薄壁零件在使用过程中，受到外部力的作用，如振动、冲击、压力等，这些外部环境的变化也会导致零件的变形。
二、薄壁零件变形的影响1.几何形状：薄壁零件变形会导致其几何形状发生改变，不符合设计要求，从而影响零件的功能和装配。
2.尺寸精度：薄壁零件的变形会使其尺寸精度下降，无法满足设计要求，导致装配困难或无法正常工作。
3.强度和刚度：薄壁零件变形后，其强度和刚度可能会下降，从而影响零件的承载能力和稳定性。
三、薄壁零件变形的解决方法1.材料选择：选择具有较高强度和刚度的材料，以减小薄壁零件受力时的塑性变形。
同时，可以考虑使用复合材料等新型材料来提高薄壁零件的性能。
2.结构优化：通过优化薄壁零件的结构，减小应力集中，提高其受力均匀性。
可以采用增加加强筋、加大壁厚等方式来改善零件的结构。
3.制造工艺：合理选择制造工艺，控制加工过程中的变形。
采用适当的预应力、热处理等工艺措施，可以减小薄壁零件的变形。
4.应力分析：通过应力分析，确定薄壁零件的受力情况，找出应力集中的部位，并进行合理的加强设计，以提高零件的抗变形能力。
5.温度控制：在制造和使用薄壁零件时，注意控制温度的变化，避免温度差异引起的热应力导致变形。
结论：薄壁零件的变形是工程设计中常见的问题，其原因主要包括材料特性、制造工艺和外部环境等因素。
薄壁零件加工变形的原因分析及控制方法
薄壁零件加工变形的原因分析及控制方法摘要：在科学技术水平不断提高的今天，越来越多先进的技术和零件被不断的研发出来，并且在实际的应用过程当中能够发挥出良好的作用。
就从目前的情况看来，薄壁零件自身重量比较轻，整体的结构也比较紧凑，该零件在通常的情况下都会应用于航空、船舶等多种产品当中。
不过，薄壁零件在实际的加工过程当中往往会受到很多因素的影响，从而导致零件变形的情况，进而对产品质量造成很大程度的影响。
为此，相关企业需要对薄壁零件加工变形原因进行充分地分析，根据实际的情况来采取措施进行控制。
关键词：薄壁零件；加工变形；原因；控制前言通过实际的调查发现，现阶段我国航天航空和船舶工业随着社会整体经济水平的提高而得到了进一步发展，在这种情况下它们对生产的零件也有着较高的要求。
为了能够进一步提高薄壁零件的各项性能，相关企业在实际加工过程中要对影响其变形的原因予以足够的重视，并且对薄壁零件的加工特点进行充分地分析和了解，这样才可以对其进行有效地控制，为企业带来一定的经济效益。
一、导致薄壁零件加工变形的原因分析就从目前的情况看来，部分企业在对薄壁零件加工过程当中导致其发生变形的因素比较多，这些因素可以分为零件的刚度、工具夹装、走刀路线、切削参数等，对薄壁零件加工变形影响程度最大的三个方面是：切削力、装夹力和残余应力，这就要求加工人员要对这些方面进行充分地分析，在此基础上采取相应的措施来对加工方法进行不断的改进和调整，这样才可以保证薄壁零件在加工过程当中不会发生变形。
（一）加工过程中的切削力在通常的情况下，薄壁零件在加工过程当中切削力主要可以对其实际的尺寸、形状和位置造成一定程度的影响，切削力往往也会受到很多方面的影响，加工人员没有对零件进行充分分析而导致切线参数设置不合理，在实际进行切削的时候就会出现一定的误差还有就是加工人员对切削刀具的磨损程度没有进行充分地分析了解，这样就会导致切削无法达到预期的标准。
这些因素都会对切削力的设定值带来一定程度的影响，薄壁零件受到应力与热量之间的相互影响而最终就会出现变形，其自身的质量也会进一步的降低。
薄壁零件车削加工中热变形分析及对策
薄壁零件车削加工中热变形分析及对策薄壁零件在车削加工过程中容易受到热变形的影响，影响产品的加工精度和表面质量。
对薄壁零件车削加工中的热变形进行分析并提出对策是非常必要的。
本文将从热变形的原因、分析方法以及对策措施等方面进行深入探讨，以期为相关行业提供一些有益的参考。
一、热变形的原因1.1 刀具和工件之间的摩擦在车削加工中，刀具和工件之间的摩擦会产生大量的热量，导致工件局部升温。
当工件表面发生热变形时，其形状和尺寸都会发生变化，从而影响产品的加工精度。
1.2 切削温度的影响1.3 切削速度和进给速度对热变形的影响切削速度和进给速度的选择直接影响着切削过程中的热变形情况。
如果选择不当，容易引起工件的热变形，进而影响产品的加工质量。
二、热变形的分析方法2.1 数值模拟分析通过数值模拟分析的方法，可以对车削过程中的热变形情况进行较为准确的预测。
数值模拟分析可以方便地获取刀具和工件间的摩擦热源以及切削温度等信息，从而为热变形的分析和对策提供科学依据。
2.2 实验测量分析三、对策措施3.1 采用合适的刀具材料为了减少车削过程中的热变形，可以选择较高的热导率和热稳定性较好的刀具材料，如硬质合金等，以提高刀具的散热性能，从而减少切削时的热量积累。
3.2 优化切削参数针对薄壁零件的车削加工，可以通过优化切削速度、进给速度和切削深度等参数，以减少切削时的热量积累，从而减少热变形的产生。
3.3 冷却液的应用在车削加工过程中，适当地应用冷却液可以有效地降低工件的表面温度，从而减少热变形的产生。
冷却液还可以有效地冷却刀具，减少刀具的磨损和延长使用寿命。
3.4 加强工件的支撑在薄壁零件的车削加工过程中，应加强对工件的支撑，以减少工件的挠曲和变形，从而降低热变形的影响。
薄壁零件车削加工中热变形分析及对策
薄壁零件车削加工中热变形分析及对策
薄壁零件的车削加工过程中容易出现热变形问题，对于这一问题，需要进行详细的分
析并采取对策。
热变形是由于车削加工中产生的热量引起的。
在车削过程中，由于材料与刀具的摩擦，会产生大量的热量，特别是在薄壁零件的车削过程中，由于材料的薄度较小，散热能力差，热量难以迅速传递到周围环境中，导致局部温度升高，从而引起热变形。
选择合适的切削速度。
切削速度是影响加工温度的重要因素之一。
在选择切削速度时，应根据材料的导热系数、热膨胀系数等因素进行合理的考量，以降低加工温度，减少热变
形的可能性。
选择合适的刀具。
刀具的选择对于薄壁零件的车削加工很关键，应选择刀具的材料良好，耐高温和热冲击能力强的刀具，以增加切削过程中的散热能力，降低局部温度的升
高。
采取适当的冷却措施。
冷却润滑剂的使用能够有效地降低材料和刀具的温度，减少热
量的积累和热变形的发生。
在薄壁零件的车削加工中，可以通过适量的液态冷却润滑剂的
喷洒，增加冷却润滑效果，提高散热能力，降低加工温度。
优化车削工艺。
在薄壁零件的车削加工中，可以通过减少切削深度、减小切削力等措施，来减少热量的产生，降低加工温度，从而减少热变形的可能性。
还可以通过合理的刀
具尺寸和刀具形状的设计，来改善切削情况，降低热量的产生。
针对薄壁零件车削加工中的热变形问题，通过选择合适的切削速度、刀具和冷却措施，优化车削工艺等措施，可以有效地降低热变形的发生，提高加工质量和效率。
浅析机械加工薄壁件变形问题及解决方法
６ ０・
科 技论 坛
浅析机械加工薄壁件变形 问题及解 决方法
姜 波 宋 晓君 刘技 术部 ， 黑龙江 齐齐哈 尔 １ ６ １ ０ ０ ６ ）
摘
要： 机械／ Ｓ ， ＿ Ｔ ． － 中的薄壁件 变形 问题 ， 是 比较难 以解决的。 本文分别从 原材料 、 装夹、 切削参数、 应力变形等方面， 分析可能产￣－ Ｔ － ＇ ｆ ４ －
变形 的原 因及 相 应 的 措 施 ， 供 生 产 实践 中应 用 。 关键词 ： 工件 变形 ； 原 材料 ； 应 力
１ 概 述 ５ 。 ～２ ０ ｏ， 后角 取 ４ ｏ １ ２ 。 。刀具车 薄壁 零件 的内外 圆时 ， 取 变形 是指 物体 受外 力作 用 而产生 体 积或 形状 的改 变 。而 机 大的 主偏 角 。合理选 择刀 具是 解决工 件变形 的必 要条件 。 械加 工 变形 是指 通过 各种 机械 对工 件 的外形 尺寸 或性 能进行 改 刀具 和工件摩 擦产 生的 热量也 会使工 件变形 ， 因此 常选 择 高 变 的过程 中产 生 的变 形 。 怎 么样才 能减少 这种 变形 ， 提 高机加 精 速切 削加 工 。在 高速 切 削加 工 中 ，由于切屑 在较 短 时间 内被 切 度 正是本 文研 究 的重 点 。 以下就 从原材 料 、 装夹、 切 削参数 、 应 力 除 ， 绝 大部分切 削热 被切 屑带走 ， 减少 了工件 的热 变形 。 另外 ， 切 变形 等方 面 ， 分 析可 能产生 工件变 形 的原 因及解 决方 法 。 削液 主要 用来减 少切 削过 程 中的摩 擦 和降低 切 削温度 ，合理 使 ２ 影 响 工 件 变 形 的 因 素 及 解 决 方 法 用切 削液 对提 高刀具 的耐用度 和加 工 表面质 量 、加 工精 度具 有 ２ ． １ 零 件 原材 料 和结 构 。 变形 量 的大 小 与零 件 形 状 复杂 程 重要 作用 。 度、 材质 、 结 构有关 ， 与材 质 的刚性 和稳定性 成正 比。 所 以在设 计 ３ 加 工后应 力变形 零 件 时尽可 能 的减小 这些 因素 对工 件变 形 的影响 ，增 加零件 的 零件 加工 后 ， 本身 存 在 内应力 ， 这 些 内应力 分 布是 一 种相 对 刚性 、 设计 合理 的零 件结构 ， 是解决 工件 变形 的有效方 法 。 平衡 的状 态 ， 零件外 形 相对 稳定 ， 由于 去除 一些 材料 和热 处理 后 ２ ． ２工 件装夹 引起 变形 。 夹 紧力 、 装 夹位 置 、 夹 紧方 式 都会对 内应 力发 生 了变化 ，这 时工 件需 要重 新达 到力 的 平衡从 而 外形 工件装 夹造成 影 响 。工 件装 夹时 ， 选择 正确 夹 紧点 ， 合 适 的夹 紧 就发 生 了变化 。 解 决这类 变形 主要 可以通 过热 处理 的方法 ， 把需 力， 可 以有 效 的减少 工件变 形 。 但 由于薄 壁类 零件 的形状 和结构 要校 直 的工件叠 成一 定高 度 ， 采 用一 定工 装压 紧成 平直 状 态 ， 然 的特 点 ， 导 致其 具 有较 低 的刚 性 ， 这 样 在 装夹 力 的作 用 下 ， 就会 后把 工装 和工件 一起 放人 加热 炉 中 ， 根据 零件 材料 的不 同 ， 选 择 产 生变形 ， 增大 薄壁 工件 与夹 具 的接触 面积 ， 可有 效 降低工 件装 不 同的加 热温度 和加 热时 间。 夹时 的变形 。如在 铣 削加工 薄壁 件 时 ， 大量 使用 弹性 压板 ， 目的 还 有一些 零部件 可 以通过人 工时效 处理 ， 消除 内部 的残 余应 就是增 加接 触零件 的受 力 面积 ； 在车 削薄壁 套 的 内径 及外 圆 时 ， 力 ， 采 用变 形后再 加工 的方式 ， 即粗加 工 一人 工时效 一精加 工 。 无论是 采 用简单 的开 口过渡 环 ，还是使 用 弹性 芯轴 、整 弧卡爪 最后 一种情 况就 是预计 工件 装配后 的变 形量 ， 加工 时在 相反 等， 都是 为 了增 大工 件装 夹 时的 接触 面积 ， 这 种方 法有 利 于承 载 的方 向预 留 出变 形量 ， 可有效 的 防止零件 在装 配后 的变形 。 夹 紧力 ， 从而 避免零 件 的变形 。 另外 ， 采用两 顶装 夹定位 ， 设计 专 结 束 语 用夹具 可使 夹紧力 作用 在端 面上 ， 可 以减少 工件 变形 等 。 综 上所述 ， 对于 易变形零 件 ， 要 想取 得较好 的加 工精 度 ， 应 在 ２ ． ３工 件加 工引起 的变 形 。 工 件在切 削过 程 中由于受 到切 削 加 工工艺 上深 入研究 ， 根据 不 同情 况加 以分 析 ， 找 到一 条合 适 的 力 的作 用 ， 产 生弹性 形变 。应对此 类变形 在刀 具上 要采取 相应 的 工 艺路 线是 解决 工件 变形 的有效 方 法 。上述 方法 基本 解决 了工 措施 ， 精 加工 时要求 刀具锋 利 。 例 如在铣 削薄 壁类 零件 的大平 面 件 变形 的问题 ， 要想得 到更 高精 度 的零件 ， 还 需不 断 的探索 和研 时， 使 用单 刃铣 削法 ， 刀具参 数选 取 了较大 的 主偏 角和较 大 的前 究 。 角 。在薄壁 零件 的车 削 中 ， 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 ， 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 。一 般 车削 钢件材 料 的薄壁 零件 时 ，用 高速 刀具 ，前角 取 ６ 。 ～３ ０ 。， 刀具 后 角 取 ６ 。 ～１ ２ 。 。用 硬质 合 金 刀 具 ， 前 角 取
薄壁零件的数控车削加工探讨
薄壁零件的数控车削加工探讨一、薄壁零件在数控车削加工中的问题1. 变形问题：薄壁零件在数控车削加工中容易受到刀具切削力的影响，从而产生变形。
尤其是在加工过程中，由于热变形效应的存在，薄壁零件更容易出现变形现象。
变形不仅会影响零件的尺寸精度和几何形状，还会降低零件的使用寿命和性能。
2. 振动问题：由于薄壁零件的结构特点，容易受到切削力的作用而产生振动现象。
振动不仅会影响加工质量，还会加剧刀具磨损、降低加工精度、影响加工表面质量等问题。
3. 切屑问题：薄壁零件在数控车削加工中，由于切削力的作用，容易产生大量的切屑，而这些切屑往往会对加工表面造成损坏，同时也会对工件和刀具造成损伤。
以上问题对薄壁零件的加工质量和加工效率都会产生较大的影响。
如何解决这些问题，提高薄壁零件的加工质量和效率，是当前数控车削加工中的一个重要课题。
二、解决问题的方法和技术1. 刀具选择和切削参数的优化：在数控车削加工中，合理选择刀具和优化切削参数对薄壁零件的加工具有重要意义。
选择合适的刀具材料和刀具几何形状对降低切削力、延长刀具使用寿命非常重要。
通过优化切削速度、进给量、切削深度等切削参数，可以有效地减少切削力、降低振动，从而保证薄壁零件的加工质量。
2. 支撑技术：薄壁零件在数控车削加工中，可以采用支撑技术来减少变形和振动。
支撑技术可以通过在零件上设置支撑点、改变切削路线等方式，有效地提高零件的刚度和稳定性，减少变形和振动。
可以在薄壁零件的内部设置支撑件，以增加结构的刚性，减少振动和变形。
3. 刀轴倾角补偿技术：在数控车削加工中，刀轴倾角对薄壁零件的加工具有重要影响。
合理地设置刀轴倾角可以有效地减少切削力和振动，避免因为切削力对零件产生的变形。
通过刀轴倾角补偿技术，可以实现对零件的精密加工，提高加工质量。
4. 加工路径优化技术：在数控车削加工中，通过优化加工路径，可以减少切屑对加工表面的损害，同时也可以减少切削力和振动。
在薄壁零件的加工中，通过合理设置加工路径和切削方向，可以减少切屑的产生，提高加工表面的光洁度和平整度。
薄壁零件车削加工中热变形分析及对策
薄壁零件车削加工中热变形分析及对策
薄壁零件车削加工中的热变形是指在加工过程中由于切削热的影响，导致零件发生形
状的变化。
这种热变形不仅会影响零件的尺寸精度和形状精度，还可能导致零件出现裂纹
和变形等质量问题，从而降低零件的加工质量和使用寿命。
薄壁零件的加工过程中容易出现热变形的原因主要有以下几点：首先是由于薄壁零件
的厚度相对较薄，其热传导性能较差，加工过程中产生的热量不易迅速散逸，从而造成局
部高温区域的形成，引起热变形。
其次是由于切削加工过程中产生的摩擦热和切削热量的
作用，使得薄壁零件的局部区域温度升高，引起热变形。
最后是由于薄壁零件的结构特点，使得其表面积相对较大，与加工环境的接触面积也相对较大，进一步促使热变形的发生。
为了解决薄壁零件车削加工中的热变形问题，可以采取以下一些对策措施：首先是选
择适当的刀具和刀具材料，提高切削性能和散热性能，减少热量的积聚和传导，从而降低
热变形的发生。
其次是合理设计和优化零件的结构，尽量减少薄壁零件的表面积，降低与
加工环境的接触面积，减少热量的输入和散热的困难，从而降低热变形的发生。
再次是合
理控制和调整切削参数，例如减小切削深度、提高切削速度和进给速度，减少切削时间和
热积聚，降低热变形的可能性。
最后是加强机床的冷却和散热措施，例如增加冷却液的流
量和压力，提高冷却液的温度和稳定性，有效降低零件的温度，防止热变形的发生。
薄壁零件的车削加工中热变形是一个较为常见的问题，但是通过合理的对策措施和控
制措施，可以有效地降低热变形的发生，提高零件的加工质量和使用寿命。
基于有限元的薄壁件加工变形分析
2023-11-11
目录
• 薄壁件加工变形概述 • 有限元分析理论和方法 • 薄壁件加工变形的关键因素分析 • 基于有限元的薄壁件加工变形优化策略 • 实例分析和验证 • 总结与展望
01
薄壁件加工变形概述
薄壁件的定义和应用
定义
薄壁件是指壁厚较薄、截面尺寸较小的构件，广泛应用于航空、航天、汽车、 电子等领域。
02 03
切削速度
适当提高切削速度有助于减小切削力和热变形。然而，过高的切削速度 可能导致切削热增加，进而引发更大的热变形。因此，需要选择合适的 切削速度以平衡这两个因素。
进给量
优化进给量可以降低切削力和切削热，从而减小变形。进给量的选择应 根据刀具的几何形状、材料的可加工性以及切削条件来确定。
改进刀具设计减小变形
预测结果展示
展示通过有限元分析得到的薄壁件加工变形预测结果，包括变形量、 变形分布等，为后续与实际加工结果的对比验证提供依据。
实际加工结果与有限元结果的对比验证
实际加工过程
描述实际薄壁件加工过程，包括加工设备、加工工艺参数等，确保 实际加工条件与有限元分析中的设定一致。
实际加工结果测量
详细介绍如何测量实际加工后的薄壁件变形量，包括测量设备、测 量方法、测量精度等。
，引起弹性变形。
刀具几何参数对加工变形的影响
前角：前角的大小影响切削力和切削热，前角过 小会使切削力增大，前角过大则可能导致切削热 增加，两者都会增大加工变形。
刃倾角：刃倾角影响切削层的形状和切削力的分 布，不合理的刃倾角选择可能导致加工变形增大 。
后角：后角的大小影响刀具与工件的摩擦情况， 后角过小会增大摩擦力，导致加工变形增加。
浅谈薄壁零件加工变形的原因及控制方案
１ ２ ８ ・
科 技及控制 方案
杨 立 新
（ 哈 尔滨经济技术 开发 区基础设施开发 建设 总公 司， 黑龙 江 哈 尔滨 １ ５ ０ ０ ６ ０ ）
摘 要： 薄壁零件 因其本身具有的重量轻、 结构 紧凑等优点被广 泛的应 用于航 空产品与船舶 产品 中， 同时薄壁零件也有 着刚度 差的 问题 ， 因此在加 工过程 中容 易出现零件 变形 的情况。根 据薄壁零件所存在的 易变形的问题 ， 着重分析在加 工中造成薄壁零件 变形 的原 因， 通过 实际分析 ， 找 出其 中盼 问题 ， 结合 实际的加 工经验 ， 探 索如 何对加工过程 进行 控制 ， 避免零件 变形 ， 依据数据进行加工控制的改进 ， 保 证薄壁零件尺寸、 形位的准确度与质量。 关键词 ： 薄壁零件 ； 加 工变形 ； 控制 ； 精确度
受 到现代科学技术发展的影响 ， 航空航天技术与船舶技术都在 刀 时， 刀具会对工件 的内壁产生挤压力 ， 同样会使薄壁工 件发生变 不断的进步 ， 与此同时 ， 这些产品的质量也有 了更 高的要求 ， 对这些 形 。 受不 同进刀方式 的影响 ， 加工变形的问题也有所不 同， 因此在进 产品的需求也走 向安全化 、 稳定化 、 轻量化 。在这些产 品中 ， 薄壁零 行薄壁零件 加工时 ， 要 根据实际 的加工情 况进 行相应 的调整 ， 使进 件 在许 多重要结构 中被广泛应用 ， 其关系着这些产品 的运行质量与 刀方式对零件的影响 降到最低 。 安全。薄壁类零件具有结构复杂 、 形状特殊 、 刚度较低 的特点 ， 并且 ２ ． ４ 采用高速切削加工。在加工技术 日益成熟 的今 天 ， 多 工序 应用于重要部位 ， 因此此类零件加工时对其精度与加工工艺 的要求 高度集 中的加工方式可 以在加工 过程 中大 幅度 降低 由于人为 因素 更高 ， 而在加工过程 中 ， 造成薄壁零 件变形是其发展 过程 中非常严 而产生 的加工误 差 ， 这种方式也对 防控 薄壁零件 的加 工变形起 到很 重 的问题 ， 因此要 了解 薄壁 零件 的加工特点 ， 对其加工 质量进行控 大促进作用 。 通 常在加工精度要求较 高的薄壁零件时会采用数控高 制。 速切削 的方式 ， 它是一种采用小进 给量 、 多次加工 、 高速切削的加工 １影响薄壁件／ Ｊ ｎ Ｔ变 形的因素 方法 。这种方法可以使切 削热在刀具 的高速转动下被及时带走 ， 有 在薄壁零件加工过程 中， 影 响其加工质量造成零件变形 的因素 效减少 工件表面应力 的产生 ， 使工件 表面始终保持恒温状 态 ， 有效 有很多 ， 其 中零件的刚度 、 工具装夹 、 走刀路线 、 内部应力 、 切 削参数 降低工件 的加工变形 。 等都会造成 零件 出现变形 的情况。 其 中对在加工 中对薄壁零件的加 ２ ． ５增加热处理环节 。 加工零件 内部的残余应力造成加工变形 工变形影响最大的有三个方面 ， 切削力 、 装夹力与残余应力 。 情况 的产生是在薄壁零件加工 中非常常见 的状况 ，在加工过程 中 ， １ ． １加工过程 中的切削力 。对薄壁零 件 的切 削力是 影响其形 零 件内部的残余应力没 有及 时的释放 出来是造 成加工变形 的主要 状、 尺寸 、 位置的最主要 因素 ， 加工 过程 中切 削力受到 的影 响有 多个 原 因。为最大幅度地减少应力 的存在 ， 通常在工件粗加工后需要进 方面 ， 首先是切削参数的设置 ， 其次是切削刀具的磨损程度 ， 这些都 行 退火处理 。典型 的薄壁零 件加工流程应该是 ：粗 加工一退 火处 会影 响切 削力的设定值 ， 而零件受到切 削力的影响 ， 应力与热量 的 理一精加工 。 对于加工精度要求较高 、 极 易发生变形的薄壁零件 ， 还 影 响会造成其变形。 要进行半精加工 ， 必要时还可以反复多次进行热处理 。 １ ． ２工具装夹 的装夹力 。工具装夹是将 刀具利用夹具 固定在相 ２ ． ６优化工件定位方式 。防止薄壁零件加工变形 的方法除 了优 应 的位置上完成切削工作 。而在装夹过程 中， 一旦出现位置偏移或 化加工工艺外 ， 还要优化工件 的定位方式 ， 最大幅度减少工 件因外 是装夹力不够 ， 就会造成在走刀时 ， 切削工具受力影响造成偏移 ， 从 力作用 而发生 的变形 。 通常所用 的定位方式有心轴 、 软爪 、 通用压板 而影响薄壁零件的精度 ， 出现变形 的情况 。 和真空 吸盘定位 。选择哪种定位方式要视零件结构特点 而定 ， 一般 １ ． ３材料内部残余应力。在薄壁零件加工时 ， 对毛坯材料 的切 对 外圆的加工宜选择 心轴定位 ；对 内壁 的加工宜选择通用 压板定 削程度大 、 去 除量高 ， 剩余材料 的刚度也随之减小 ， 零 件内部残余应 位 ； 对精度要求 高且体积较大的零件选择软爪定位 ； 对 生产批量 大 、 力 的释放是根据行刀路线进行改变 的， 因此 加工过程中零件部位的 精度要求高 的零件选择真空吸盘定位 。 刚度也不相 同， 在进行加工时切削力与切削的热量都会使 零件内部 ２ ． ７工艺路线优化 。零件原加工工艺采用 车前后安装边 、 铣削 产生残余应力 ， 这个过程对零件的精度有着很大的影响。零件内部 安装座端面 、 钻孔分开加工 ， 零 件存在多次定位装夹 ， 造成零件尺寸 残余应力是影响零件 加工变形 的最主要的因素。 精 度低 ， 技术 条件难 以保证 。 改进后采用车 、 铣、 钻、 镗合并加工。在 ２ 薄壁 类零件加工变形控制方法 ． 铣 端面及钻镗孔工序 中将 技术要求高 的安装座放在最后加 工 ， 零件 薄壁类零件加工变形 的影 响因素有很多 ， 因此要根据不同的情 变形减小 ， 尺寸及技术条件易于保证 。 况选定相应 的控制措 施 ， 以下几点是在薄壁零件加工控制中常用的 ２ ． ８装夹与支撑技术应用 。该零件加工时壁薄 、 刚性差 ， 加工时 方法 。 易产生振颤 、 让刀及加工变形 ； 为了减小壳体变形量 ， 在夹具设计 中 ２ ． １零件整体 刚度 的利用 。薄壁零件在切 削过程 中由于大部分 采用径 向可调辅助支撑提高零 件径 向刚性 ， 从而增强工艺系统 的稳 的材料 被去除 ， 剩余的部分壁 的厚度 较薄 ， 在加 工中更易 出现 变形 定 性。根据零件 的结构在夹具设计上辅 助支撑采用 ６ 个扇形块 ， 辅 的情况 ， 薄壁零 件的加工势必会 造成零件整体 的刚度下 降 ， 如 果某 助支撑底部 与底座连接处采用 Ｔ型槽形式可实现快速换装 ， 以减小 部分 出现变形 的情况 ， 将会加剧零件整体的变形 。因此可 以利用 零件切削加工过程 中的振颤 ， 从而控制零件的加工变形 。
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３残余应力对变形的影响及措施
３．１ 残余应力产生的原刚州
（１）热塑变形效应。高速切削过后产生的切削热使表层收缩多，里层收缩少。表层的收缩受里层
的牵制，因而表层存在张应力，里层存在压应力。
（２）里层金属弹性的恢复。已加工表面形成之后，因刀具的作用力消失。弹性变形趋向复原，但
受到表层金属的牵制，因而在表层造成应力状态。
先进制造技术
３９
刀方式以减少垂直分力对腹板的压力；（４）保证刀具处于良好的切削状态。当然，该方法仅在走刀路径 方面进行优化，还需结合其它方法（如使用真空夹具等）进一步控制加工变形。 ２．４ 基于有限元分析的变形模型
本文运用有限元分析结合受力模型进行变形模拟，以侧壁为例。模拟过程如下【６】：在刀具进给方向 某一位置，假定刀具轴线固定，并以一定的角度增量妒旋转。在每一旋转位置，经过有限元分析计算均 可计算出相应位置节点的变形。这样，经过”次旋转，共旋转西角，这一轴线上所有位置节点的变形便 全部得出。然后，刀具沿进给方向前进到下一轴线位置，重复上述计算过程，直至工件的最边缘，这样， 被加工工件的变形便全部被记录下来。必须注意，由于让刀现象，计算变形的过程中要通过迭代完成， 直至满足收敛条件为止。 ２．５ 基于有限元技术的数控补偿模型
，分层对称加工不仅切削力小，能减小加工变形，而且能使应力分布均匀化，同时可以采用大径向切 深、小轴向切深加工并充分利用零件整体刚性，是一种有效而实用的侧壁加工工艺方法。
２．３ 切削力对腹板变形的影响及措施
图３为腹板变形示意图，在切削力的作用下，刀具和薄壁件的切削平面都不在正确的位置上。
实切削平面 计划的切削平面
６ 结论
本文分析了切削力对薄壁件变形的影响，并应用有限元技术模拟薄壁件变形，提出了相应的补偿措 施。另外简要分析了残余应力、切削热和夹紧力对薄壁件变形的影响，并提出了相应预防变形的措施。 实际上，薄蹙件的变形分析是一个复杂的过程，涉及到数控加工前期的工艺优化、有限元分析和加工方 法。为获得良好的加工质量，尽可能减小薄壁件的变形，在实际加工中应综合考虑这几个因素。
先进制造技术
３７
薄壁件加工变形因素综合分析★
王志刚¨何宁 武凯赵威
（南京航空航天大学机电学院，南京２１００１６）
摘要航空工业中广泛使用薄壁件，但是由于其加工工艺性差，在切削力、残余应力、切削 热、夹紧力等因素影响下，薄壁件易发生加工变形，不易控制加工精度和提高加工效率。本文 运用有限元技术，结合受力模型，对薄壁件加工中的受力变形进行了分析，并对薄壁件加工过 程中引起变形的其它因素进行了分析，并提出了相应预防变形的工艺措施。 关键词薄壁件，变形，切削力，残余应力，切削热，夹紧力，有限元
２切削力对薄壁件变形的影响及有限元分析
２．１ 切削力模型 为分析薄壁件变形问题，需建立受力模型、变形模型及数控补偿模型。而建立准确的受力模型是第
一步关键的工作。
图ｌ立铣切削受力模型示意图 加工薄壁件多用立铣，所以首先建立立铣切削受力模型，如图ｌ所示。立铣刀参与切削的部分为侧 刃、底刃和刀尖圆角半径。其中侧刃的受力模型经分析可采用Ｋｌｉｎｅ的平均力模型陋１。建模过程简述如 下：因为切削力的大小与切削厚度有关，为方便分析，在侧刃上将总的切削面积划分为许多如图１所示
５夹紧力对变形的影响及措施
５．１夹紧力的产生
夹紧力产生在工件与夹具的接触区域上。理想的夹具不应该产生任何变形，但是在许多情况下，由
于夹具的制造或设计不合理，工件在夹紧力作用下发生变形。如图４、５为夹具和薄壁件的简单示意图
以及变形示意图。
夹具
薄壁件
夹具
Ｆ
Ｆ
图４夹具和薄壁件的简单示意图
图５薄壁件在夹紧力作用下变形示意图
工件的切削平面
图３腹板变形示意图 Ｈａｒｕｋｉ ＯＢＡＲＡｔ４１等人提出的低熔点合金（Ｌｏｗ Ｍｅｌｔｉｎｇ Ａｌｌｏｙ）辅助切削方案有效地解决了薄板的加 工变形问题。该方案指出，利用熔点低于１００℃的ＬＭＡ“Ｕ－ＡＬＬＯＹ７０”作为待加工薄板的基座，或者 将ＬＭＡ浇注入薄壁结构型腔，也可以将ＬＭＡ与真空吸管相配合组成真空夹具。该方法不仅可以加工 高精度的薄板，也可以加工高精度的侧壁。 对减小腹板的加工变形，文献ｐｌ中介绍的工艺方法也值得参考。其具体方法如下：（１）刀具轨迹避 免重复，以免刀具碰伤暂时变形的切削顽；（２）粗加工分层铣削，ｔＥ皮力均匀释放；（３）采用往复斜下
夹紧点的选择是达到最佳夹紧状态的首要因素。只有正确选择夹紧点后，才能估算出所需的适当夹 紧力。因此尽可能使夹紧点和支撑点对应，使夹紧力作用在支撑上，夹紧点选择应尽量靠近加工表面， 且选择在不致引起过大夹紧变形的位置。当工件上有几个方向的夹紧力作用时，还应考虑夹紧力作用的
先后顺序。对于仅为了使工件与支撑可靠接触，夹紧力应先作用，而且不宜太大；对于以平衡切削力的 主要夹紧力，应作用在最后。
（２）减少刀具热变形对加工精度的影响。 刀具的热变形主要因切削热引起。选用膨胀系数小的刀具可以减小刀具热变形对工件加工精度的影 响。
（３）减小工件热变形对加工精度的影响。 工件的热变形也主要由切削热引起，因此采用冷却性能好的水溶性冷却液进行冷却。 （４）减少切削热。 在二［：艺方案上，可采取在切削速度不变的情况下，适度加大走刀量，以及选用前角大的刀具来减少 切削热。
Ｃｏｒｎｅｒｉｎｇ Ｃｕｔｓ【Ｊ】．Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆＭａｃｈｉｎｅ Ｔｏｏｌ Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ ｒｅ．ｓｅａｒｃｈ，１９８２，２２（１）：７－２２
３
ＲＪ．Ｃｈｅｎｇ， Ｊ．Ｔ．Ｔｓａｙ ａｎｄ Ｓ．Ｃ．Ｌｉｎ．Ａ Ｓｔｕｄｙ ｏｎ Ｉｎｓｔａｎｔａｎｅｏｕｓ Ｃｕｔｔｔｎｇ Ｆｏｒｃｅ Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｓ ｉｎ Ｆａｃｅ Ｍｉｌｌｉｎｇ．
Ｃ—ｃ．Ⅳ ＾
薄 图２过切补偿原理示意图
如图２所示，薄壁件上端刚性较差，在切削力作用下容易产生弹性变形，Ａ，Ｃ两点分别移到彳’，ｃ 两点，刀具仅切除Ａ＇ＢＤＣ部分的材料。走刀过后薄壁弹性恢复，残留ＣＤＣ。部分材料未被切除，造成了 壁厚加工误差，因此薄壁件加工壁厚超差主要是由于让刀而少切了一块材料。若刀具能倾斜一个角度， 即刀具由ＤＣ位置向ＤＣ位置偏摆，则在工件最下端径向切深不变，而在工件最上端径向切深增量为万。 径向切深增大导致切削力的增大，进而变形增大，设刀具偏摆后加工中工件变形为万，。工件回弹后的 实际变形将取决于过切的程度与加工中工件变形的程度，若偏摆角度合适，过切与变形部分正好抵消。
（３）表层金属在切削热的作用下发生相变。高温时的奥氏体，冷却后变为体积比奥氏体大的马氏
体。因而表层金属膨胀．但受到里层金属的牵制。结果，使表层出现压应力，而里层存在拉应力。
３．２ 减小残余应力对变形影响的措施 （１）在刀具方面。在刀具耐用度允许的情况下，选用较大的刀具前角和后角。文献ｌＩ ｕＪ提出了残余
下：将切削力分解成垂直于刀具前刀面的法向力和刀具前刀面上的摩擦力，将某一瞬时处于切削区域内
所有的法向力和摩擦力分解到Ｘ、Ｙ、Ｚ三个方向，并与测量的切削力建立方程，通过求解可得到模型常 量，进而可建立得底刃和刀尖圆角半径部分的受力模型。 ２．２ 切削力对侧壁变形的影响及措施
由于切削力的作用，工件的侧壁会产生“让刀”变形。针对侧壁加工的变形特征，可以从两方面考 虑对其进行精度控制。其一为在常规铣削方式下，通过刀具或工件倾斜进行过切补偿：其二为利用高速 加工技术进行分层对称铣削来控制其加工精度。
工件局部过热，产生较大的残余应力。
（３）加工路线方面。在控制变形为首要考虑的前提下，可以采用１．２所述的对称铣削工艺技术。
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４切削热对变形的影晌及其对策
４．１ 切削热产生的原因 在刀具的切削作用下，切削层金属发生弹性变形和塑性变形以及切屑与前刀面及后刀面之间的摩擦
都将产生热能。 切削速度对切削热的影响最为显著。实验证明，随着切削速度的提高，切削温度将明显上升。 进给量对切削热也有一定的影响。进给速度很高时，切削区的热量来不及传给工件，所以绝大部分
应力管理技术（ＲＳＭ），从不同的角度讨论减小残余应力的方法，对于刀具前角，该文指出，前角每增
加１度，切削温度及切削力会降低１０％。
，
（２）切削三要素的影响。文献ｎ¨指出加工时可以优先选用大的切削深度，适当的进给量，小的切
削速度来减小残余应力。文献ｌ“”指出，应该使用连续的进给，避免刀具在１１：＇－ｂ的某一位置停留，以防止
５．２ 减小夹紧变形影响的措施 对于薄壁件和其它一些工件很难找到合适的夹紧点，采取以下措施可有效减小夹紧变形【１３】。（】）增
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加辅助支撑和辅助夹紧点；（２）分散着力点和增加压紧件接触面积；（３）利用对称变形；（４）对极 薄的工件，采用类似于１．３所述的低熔点合金（Ｌｏｗ ＭｅｌｔｉｎＩｇ Ａｌｌｏｙ）辅助切削方案。
刀具偏摆数控补偿技术，是在有限元分析基础上，根据模拟分析加工变形的大小，在数控编程时让 刀具在原有走刀轨迹中按变形程度附加补偿运动，补偿因变形而产生的变形。对侧壁加工，通过偏摆刀 具进行补偿，如１．２所示的过切补偿，在实际加工中可以通过有限元预先计算需要倾斜的角度，使变形 控制在要求范围之内：对腹板加工，则补偿轴向切深，同样可以通过有限元预先计算需要补偿的轴向切 深。通过数控补偿，可以将因变形而产生的残余材料切除，一次走刀即可保证薄壁件侧壁或腹板精度， 从而达到高效、经济、优质加工薄壁零件的目的。
进给量的局部优化法［７１与刀具偏摆数控补偿技术【８１均应用了有限元技术来建立零件的加工变形模 型，并分析处理加工过程中的加：［变形状况。
进给量的局部优化方法是针对恒定进给量提出的。因为零件某一表面上各部分的刚性不同，在同一 表面上的切削力的大小也会不同，受力变形情况也不一样。利用有限元分析软件进行分析后得到变形分 布图，可以看到有些位置的变形大，有些位置的变形小。进给量的局部优化就是在变形小的地方采用大 进给量，而在变形大的地方采用小的进给量．这样可以在保证变形量的同时，提高效率，减少成本。实 验研究表明，采用该方法在提高加工质量的同时可以节省约６０％的加：【时间。