薄壁零件的车削加工

2012第2期总第207期现代制造技术与装备

1概述

高强度结构的金属薄壳零件已较广泛的应用在各工业部部门，为了适用薄壁零件加工的需要，机械制造业正朝着“无切削或少切削”方向发展，如采用板材进行冲压、滚压、焊接等工艺，可以节省钢材、动力、机床设备和加工工时，达到质量好、产量高和成本低的要求。

但是，毕竟有一些薄壁零件的结构不能采用冲压、滚压、焊接等工艺来代替，如具有形状复杂的环形横截面零件，只能采用车削方法。对于这一类环形零件的车削加工，因其结构单薄，零件尺寸较大，环形截面复杂和材料切削性较差（如高温合金、铝合金等），因此难以保证一定的加工精度和提高劳动生产率。

车削薄壁零件的主要问题是变形，而产生变形的主要原因是切削力和夹紧力。薄壁套类零件刚性低，在夹紧力和切削力作用下非常容易产生变形，导致吃刀深度不均和让刀现象。另外，薄壁套类零件金属体积小，总的热容量小，薄壁套类零件的温度容易升高和变形，使加工后的零件出现形状和尺寸误差。减少切削力、切削热的方法是：合理的选择切削用量、合理的选择刀具几何角度、合理的选择刀具材料和冷却润滑液等；改善或改变夹紧力对零件的作用。

2加工薄壁零件在夹具上所采取的措施

2.1将局部夹紧力机构改成均匀夹紧力机构

图1（a）是用三爪卡盘夹紧薄壁工件，图1（b）是在夹紧变形的情况下，分几次走刀逐渐减少吃刀深度车出了内孔，保证了内孔的圆度，但壁厚不均匀。图1（c）是从三爪卡盘中取出薄壁套后，夹紧力消失后薄壁套外圆恢复为圆形，而内孔则变成了棱圆，棱圆形的特点是虽然看上去不像圆形，但各处的直径尺寸相同，棱圆的孔会影响其和轴的装配。

针对以上可能产生的问题，介绍一下减少变形的方法。

（1）采用开口套

用开口套改变三爪卡盘的三点接触为整圆抱紧，三爪卡盘夹持开口套使其变形并均匀地抱紧薄壁工件后，再车削内孔。在可能的条件下，开口套的壁厚可以厚一点。注意在夹持开口夹套时要使开口在两夹爪的中间位置。如图2。

（2）采用弧形软爪

改装卡盘的三爪，在通用的三爪上焊接弧形软爪，增大夹持面积，使夹紧力均匀分布在工件上，可以有效减少薄壁套的夹紧变形。保证软卡爪内弧与薄壁工件外径相等，并保证软卡爪具有足够的刚度。如图3所示。

2.2增加辅助支承面

加强薄壁零件在车削时的刚性，在工件的夹紧部位特制工艺肋，使夹紧力作用在工艺肋上，以减少夹紧力引起的变形。如图4所示。

薄壁零件的车削加工

吕凤环

（青岛纺织机械股份有限公司，青岛266042）

摘要：通过对薄壁类零件特性分析，在零件加工时，夹具及在加工过程中采取措施，来保证薄壁零件加工的各项技术要求。

关键词：薄壁零件夹具夹持变形

（a）薄壁套毛坯装夹后（b）薄壁套内孔车完后（c）从卡盘中取出后

图1夹紧力对薄壁套变形的影响1.三抓卡盘；2.开口套；3.薄壁套工件

图2开口套的使用

图3软形卡抓夹持薄壁套

1.焊接弧形软爪；

2.薄壁套工件

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2.3改变夹紧力的作用点

（部位）由零件刚性较弱处移至刚性较强的部位，以改善夹紧力作用点来减少薄壁零件的变形。图5为加工合金的材料，环形直径较大，其薄壁处厚度为4mm 的零件的夹具示意图。所示的夹具说明了夹紧元件角度的改变，使夹紧力的作用点从零件刚性较弱的部位移至刚性较强的部位，从而减少零件的变形，保证了加工精度的要求。图5-（a ）所示的夹具的夹紧机构，当拧紧螺钉1时，压紧圈2便沿着斜面将零件夹紧，但夹紧力P 正压向零件刚性较差的薄壁部分，使零件变形加剧，难以保证加工精度。如将夹紧机构改成如图5-（b ）所示的结构，则使夹紧力P 的作用点移至零件刚性较好的轮辐处，零件变形减小，保证了加工精度。

2.4采用心轴夹紧

当车薄壁套的外圆时，有效防止薄壁套变形的方法是采用心轴定位，使夹紧力沿着刚性较好的轴线方向分布，如果薄壁套有阶梯孔，心轴也相应作成阶梯心轴，防止夹装变形。

如图6所示。

2.5采用真空吸附夹具

有些零件的壁厚很薄，用卡爪夹持的方法，不能控制其变形，可采用真空吸附夹具，其条件是零件没有通孔。夹具结构图见图7和图8。

图7是加工外圆和端面的装夹示意图，图8是加工内孔和底面的装夹示意图。图中，夹具的外圆（或内孔）尺寸要与工件的尺寸相一致，间隙控制适当。工件放入夹具后，打开控制阀，真空泵就将工件与夹具配合面之间的空气抽走，工件靠大气压吸附在夹具上，真空度越高，吸附力就越大。然后就可以按设定的程序对工件的加工部位进行加工。加工结束后，将控制阀换向，外界空气进入夹具与工件的内腔，将工件取下，如此循环。用真空吸附夹具需配一套真空泵装置，另外，根据零件尺寸要设计专用夹具。

3加工薄壁零件在车削时所采取的措施3.1合理选择车刀材料及其几何参数

（1）易选用较大的主偏角，外圆精车刀90~93，内孔精车刀60°左右。

（2）适当增大副偏角，减少摩擦，降低车削热，外圆精

车刀15°左右，内孔精车刀30°左右。

（3）前角的选择，主要决定于被切材料的性能。应尽

图5车削盘形零件用的夹具示意图

（a ）（b ）图6心轴定位轴向夹紧薄壁套

1.三爪卡盘；

2.心轴；

3.薄壁套；

4.压盘 1.控制阀；2.配气阀；3.主轴阀；4.主轴；

5.管接头；

6.夹具；

7.密封圈；

8.工件

图7

1.控制阀；

2.配气阀；

3.主轴箱；

4.主轴；

5.管接头；

6.夹具；

7.密封圈；

8.工件

图8

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工艺与装备

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