精密薄壁零件的加工

精密薄壁零件的加工

摘要:随着加工技术的发展,很多复杂、工艺性很强的零件都被一一的制造出来。薄壁零件在这些零件中具有很强的典型性,本文的主要内容是针对精密薄壁零件的加工展开讨论,分析了加工过程中对薄壁零件的影响因素,同时还给出了如何解决这些问题的方法。使加工者能更好的利用这些经验和方法加工出更加精密的薄壁零件。

关键词:精密零件薄壁零件影响因素加工方法

由于电子信息技术和机械加工技术的发展,机械制造业的迅猛发展,目前数控机床能加工出各种高精密零件的零件,比如：细长轴、曲轴、丝杠、薄壁、复杂腔体等零件。而其中的薄壁类零件的加工具有典型性,由于它的特点,需要加工者精通加工工艺知识,比如：切削三要素、切削力、机床刚性、切削热、夹具、刀具等多种因素。本文就以精密薄壁零件在加工中的难点展开论述。

1 薄壁零件加工质量受多种因素影响

薄壁零件在加工时最大的难点就是加工变形,在加工过程种有很多因素导致这个问题的出现,下面做简单分析。

（1)切削力。在零件加工过程中,一般采用的90°外圆车刀在粗加工时由于加工余量的问题会引起较大的切削力、径向和轴向切削力,这三种力可使工件产生圆度和同轴度方面的误差。另外,零件加工中

会出现加工残余应力,这是由于刀具在零件加工时发生的挤压形成的,同时如果加工过程中排屑不通畅,也会造成前刀面和后面跟工件摩擦,切削力、轴向力、径向力的合力以及工件残余应力很容易造成零件的变形。

(2)切削热。切削过程中的变形、摩擦所消耗的功转变为热能。切削热传入刀具、切屑、工件和周围介质中,使他们温度升高,引起工件和刀具的热变形。切削热通过对切削温度的影响来影响切削过程,切削温度的高低取决于产生热量的多少及热传散的快慢,切削温度对工件的热变形影响很大。

(3)机床性能、切削振动。机床的刚度、机床夹具会直接影响薄壁零件的受力情况。工件与刀具之间也会由于机床刚度的原因发生强烈的相对振动,这种振动在薄壁零件加工时不仅影响表面粗糙度的增大或产生明显的波纹。严重恶化了表面质量和加工零件的形变。为了避免产生振动,常常不得不降低切削用量,致使刀具和机床的性能得不到充分发挥,限制了生产率的提高。

(4)刀具。刀具几何角度对工件变形有显著的影响,刀具的前角、后角、主偏角的大小直接影响加工力的大小。另外刀具材料的不同在加工过程中产生的切削力的大小也不相同,薄壁零件加工中,刀具材料选择较为关键。

(5)零件材料。零件材料分为金属材料和非金属材料,脆性材料和

塑性材料。不同的材料所适用的切削参数、切削刀具参数都是不一样的。不同的零件材料对薄壁零件加工参数的选择也不同。

2 减小以上影响因素的措施

在薄壁零件加工过程中,出现了如此多的影响因素,加工者如何去改变这些因素对薄壁零件加工的影响呢？可以通过以下方式来解决这些问题。

(1)高速切削时热量大部分被切屑带走,只有少量的热量传入到工件。薄壁零件加工可以选用高速机床进行,高速机床高速运转对零件的变形影响很小。在切削过程中,还可以通过判断切屑的颜色来判断热量的大小。可以通过选择合理的切削参数、刀具角度、刀具寿命指标来控制温度。机床上充分而合理的冷却液选择也很重要,加工过程中,大量的热量由冷却液带走,冷却充分,热量带走充分,切削热对薄壁零件的加工变形就会减小。

(2)薄壁零件加工时外圆刀具的前角要大,这样才能减少切削变形,加工硬化程度及深度,同时可抑制或消除积屑瘤,并使切削分力显著下降,有利于消除振动,从而减小表面变形。薄壁零件加工时,刀具的刃口要锋利,除了采用较大前角外,还要有较大的主偏角,此时注意角度的合理性,不然会因为刀头体积过小而影响刀具的强度和刚度,使热量无法及时散出,影响工件产生变形。当然,刀具角度的选择同时要遵循工件的材料,机床刚性,自身材料的特点。

(3)由于薄壁零件的加工难度随着壁厚的减少而增大,为了避免振动引起的加工变形,我们必须增加工艺系统的抗振性,增加工艺系统的刚度,对于减小振动有很大的作用。比如可以利用薄壁零件的未加工表面,这部分由于存在较大的余量,可以形成很大的工艺支撑,例如:在加工薄壁类轴类零件时,可以将零件装夹部分毛坯增长,加工时用车刀从外部向内部递进进刀,从而降低径向力对薄壁的压力,由中间向周边直至薄壁。如果孔的深度大,此时要先用小杆镗刀先将孔镗大,然后更换大刀杆的刀具进行镗切,这样可以大大降低切削过程中的变形,更换大刀杆可以有效地降低加工过程中出现的振动现象。

(4)根据薄壁零件加工的影响因素,在装夹工件时要格外注意,加工前的工艺分析应该更多的考虑最少装夹次数为先,加工时一定要选择最佳装夹点,在夹紧力的给力方面要恰到好处,既要能将工件牢固的加紧,又能不使工件产生变形。所以加工时最好能借助量具辅助装夹。

(5)通过设计辅助工艺工装来加强薄壁零件的强度,对于薄壁套筒零件来说,可以根据图纸要求先加工一根长轴,长轴的外径尺寸要求最好能实现跟薄壁零件的间隙配合,薄壁零件在工艺设计时,选择较大余量的毛坯,先将孔径做好,然后将预先做好的心轴插入其中,此时的薄壁已经变成了实体零件,然后在加工薄壁零件的外圆部分,加工结束之后再将工艺心轴拔出。通过这样的设计,就无需考虑机床夹具夹紧力过大而使得薄壁零件发生变形,但是,这一方法的局限性就是以牺牲材料为代价。当然,薄壁套类零件的加工不仅仅可以通过加工辅助心轴

的方式,还可以通过填充的方式,比如:石蜡等,等零件加工结束后,再将石蜡融化去除,同时,石蜡还能重复利用,经济环保。

(6)可以通过分层次切削的方式来减少薄壁零件在加工中的变形。同样以套类薄壁零件为例,在加工过程中可以通过轮流加工的方式来进行加工,即在内腔去除掉一定的余量后,在外圆部分去除同样厚度的余量,这种加工方式的好处就是可以最大减小零件的残余应力,零件残余应力能得到彻底释放,随之零件变形变小,零件质量提高。

经过以上分析,使我们了解了薄壁零件在加工中会出现的问题,分析了影响零件最大的因素就是力的存在,全文通过比较多的文字提出了解决薄壁零件加工中出现的问题,当然,薄壁零件的形状丰富,不可能通过某一种具体的方法能解决这些问题,还需要具体问题具体分析,这样才能使薄壁零件的加工更加“精密”。

参考文献

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