薄壁零件加工精度的影響因素及工藝措施探析

彭成民，羅剛，趙平

(四川宜賓普什模具有限公司，四川 宜賓 644007)

在實際應(yīng)用中，薄壁零件基本上都會應(yīng)用在重要的位置，再加上其本身剛度低、結(jié)構(gòu)復(fù)雜以及形狀特殊等特點，所以，在實際的加工之中對于加工的精度有著極高的要求。在實際的加工過程中，薄壁零件出現(xiàn)變形是非常嚴(yán)重的，需要相關(guān)人員針對性的進行處理。所以，本文就薄壁零件加工精度影響因素以及工藝措施進行探討。

1 影響薄壁零件加工精度的主要因素

就薄壁零件加工精度而言，對于加工精度產(chǎn)生影響的主要因素具體見圖1所示。

圖1 影響薄壁零件加工精度的主要因素

通過實際的分析，本章節(jié)主要是針對受力、受熱以及受振3個方面進行探討。

1.1 受力發(fā)生的變形

薄壁零件本身的壁非常的薄，一旦夾緊力超過其限制，就容易出現(xiàn)變形，進而對工件形狀精度以及尺寸精度帶來一定的影響。所以，在薄壁零件加工中，不僅需要確保工件的高精度定位，同時還需要考慮到裝夾本身的可靠性。由于薄壁零件本身較薄，其受力點距離夾緊力作用點偏遠，再加上細牙螺紋的加工，導(dǎo)致薄壁零件受力較大，再加上剛性不足，就可能出現(xiàn)晃動。因此，通過三爪卡盤對于外緣進行夾持，實施加工相對困難，其采用撐內(nèi)孔裝夾方法，這樣就很難進行加工[1]。

1.2 受熱發(fā)生的變形

在加工零件中，需要克服材料塑性形變以及彈性形變，并且還需要將刀具和工件摩擦產(chǎn)生的功大部分轉(zhuǎn)化成為切削熱，這樣會導(dǎo)致零件出現(xiàn)受熱不均勻的情況，進而引發(fā)薄壁零件變形。由于薄壁零件本身很薄，再加上環(huán)境溫度、切削熱、派生熱源等帶來的影響，就無法做好工件尺寸的有效控制。

1.3 振動發(fā)生的變形

薄壁零件在加工中，因為變形可能會引起振動，在振動中又會加劇工件的變形，所以兩者之間存在緊密的聯(lián)系。在機械加工中，會出現(xiàn)自激振動、強迫振動以及自由振動。而在3種振動之中，自激振動占據(jù)的比例較高，大約達到65%。在切削力作用下，很容易出現(xiàn)振動和變形的現(xiàn)象，尤其是徑向的切削力，會影響到工件的表面粗糙度、形狀、位置精度、尺寸精度等。如果幾何參數(shù)沒有選擇恰當(dāng)，也很容易出現(xiàn)振動的現(xiàn)象。如主偏角大于90°、副偏角偏小等問題。在薄壁零件加工出現(xiàn)振動現(xiàn)象的時候，雖然使用相同的刀具幾何參數(shù)、相同機床、裝夾、切削量等，針對相同的材料零件、相同形狀零件，選擇相同的切割方式，其造成的振動也會有所不同，這樣也會進一步增加加工零件的精度難度。

另外，如果切削流向正確，這樣就會擠塞在刀具以及工件之間，進而引起薄壁零件的變形。如果操作方法不當(dāng)，在精加工之前沒有釋放變形，或者是精車的過程中出現(xiàn)較大的切削量，這樣也可能會造成薄壁零件的變形[2]。

2 提升薄壁零件加工精度的工藝措施

2.1 選擇合理的工藝路線

針對薄壁零件，研究、分析與掌握其變形規(guī)律，就成為薄壁零件加工工藝改善的關(guān)鍵，同時也需要從整體工藝入手，解決變形問題，確保工序的加工質(zhì)量。在零件加工之中，按照實際的情況，還需要將精加工和粗加工之間的半精加工的次數(shù)增加，這樣也可以消除切削力、夾緊力帶來的應(yīng)力以及本身的零件殘余應(yīng)力，最終在進行精加工之前，發(fā)現(xiàn)并且處理變形零件，這樣就可以確保產(chǎn)品零件本身的行位公差精度以及尺寸精度，并且還有利于零件在裝配、存放以及調(diào)試中形位和尺寸的精度穩(wěn)定性。針對不夠完善、成熟的工藝方法，還需要利用對應(yīng)的工藝試驗來做好強化與改進，從而進一步完善工藝方法，工藝試驗的內(nèi)容其主要包含了存放數(shù)天的零件精度變化進行相應(yīng)的對比與測量等。在選擇零件和夾具定位基準(zhǔn)以及夾緊方式的時候，必須要慎重的考慮，并且注意各個工序定位基準(zhǔn)能夠保持相互的一致。同時，針對加工余量進行合理的分配，必要時還應(yīng)該將定位基準(zhǔn)的尺寸以及形狀公差精度提高。

2.2 提高零件的剛度

考慮到薄壁零件本身的剛度較差，在加工之中存在較大難度，所以，想要提升工件的加工精度，就需要提升薄壁零件的剛度。在設(shè)計完零件之后，零件本身的剛度是不會出現(xiàn)變化的，如果不采取任何特殊工藝，就無法提升工件的結(jié)構(gòu)剛度。另外，對于薄壁零件剛度產(chǎn)生影響的因素有很多，如夾緊形式、加工定位、夾緊力、工裝等等。那么，在工藝系統(tǒng)中，薄壁零件的位置是否合適、夾緊的方式是否恰當(dāng)，切削用量和切削方法是否恰當(dāng)，都會直接關(guān)系到薄壁零件的剛度。另外，想要提升工件的剛度，還需要采用增加壁厚的方式，通過澆灌、膠粘等，都可以幫助零件增強其剛性和緊固零件[3]。

2.3 適當(dāng)?shù)难b夾

零件的裝夾能夠穩(wěn)定的固定工藝，一般在平面定位之中選擇3點，定位點還需要擁有一定的強度，才可以滿足夾緊力的承受需求?；诓煌慕嵌?，其定位要求也會有所差異，從定位的精度和穩(wěn)定性進行考慮，其接觸面越小越好；但是如果是從夾緊力的功能進行分析，那么接觸面應(yīng)該偏大一點，這樣才能用較小的單位面積壓力來獲取最大的摩擦力。在進行精密加工的時候，夾緊力和夾緊機構(gòu)都需要按照實際的切削力來加以確定。針對零件本身的定位以及夾緊機構(gòu)，都需要做好具體的分析，同時考慮到刀具本身對于零件施加的力，預(yù)計工件變形的力的作用方向和大小，如徑向上不受力，就是最佳的薄壁環(huán)形工件加工狀態(tài)。

2.4 運用高速切削的方式

相比常規(guī)的切削速度，高速切削會達到5～10倍。在高速切削的時候，隨著速度的不斷加快，其切削力和溫度都會明顯的提高，但是如果超出允許范圍，就會降低其切削速度，如圖2所示。

圖2 高速切削區(qū)域劃分

圖2中，A表示常規(guī)切削；B表示不能切削；C表示高速切削。

相比之下，進行高速切削的薄壁零件，其本身具有一定的優(yōu)勢：

第一，減少零件本身加工出現(xiàn)的變形。由于高度切削的切削寬度深度偏小，所以，相比日常切削，會進一步減小切削力，這樣也能滿足零件加工精度的要求。

第二，適當(dāng)?shù)慕档土慵邢髡饎印＿x擇高速切削，會存在較高的激振頻率，這樣就會超出零件結(jié)構(gòu)工藝系統(tǒng)本身的激振頻率范圍，能夠符合平穩(wěn)切削的實際要求，并且也符合零件加工對于精度的要求。

第三，減少零件本身的受熱變形。利用高度切削，切削會直接帶走超過90%的切削熱，這樣不僅會控制零件的熱變形，同時也能夠滿足零件加工的精度需求?？傮w來說，通過高速切削加工的模式，就可以進一步提升常規(guī)切削加工的效率，使得單位時間之內(nèi)的切除率提升3～6倍，這樣不僅可以滿足加工的需求，同時也可以推動零件朝著薄壁化的方向進一步發(fā)展。

2.5 合適的切削力

在切削加工的時候，刀具出現(xiàn)的切削力主要是幾個分力來共同形成空間合力，這樣會對零件產(chǎn)生較大的影響。在進行加工的時候，也會出現(xiàn)零件的變形和震動。被加工的材料硬度、刀具幾何形狀、切削用量、冷卻潤滑液等都會對切削力帶來影響。同時，刀具的幾何角度也會對切削力大小造成影響。一般來說，會影響刀具前角的鋒利度以及切削變形。隨著切削變形以及摩擦力的進一步減小，同時也會減小切削力。但是如果前角較大，那么就會減小刀具本身的楔角，進而出現(xiàn)刀具強度和散熱減弱的情況，最終導(dǎo)致刀具出現(xiàn)磨損[4]。

2.6 適當(dāng)?shù)那邢饕?/h3>

利用高速鋼刀具進行精加工，就可以利用水溶液將切削過程之中的切削熱進行處理。另外，在進行精加工的時候，還可以選擇具有良好潤滑性的極壓切削油或者是高濃度的極壓乳化液，這樣就可以對加工表面的狀況進行改善，并且進一步提升切削質(zhì)量，這對于刀具的使用壽命也可以產(chǎn)生一定的幫助。在粗加工的過程中，需要使用切削液，防止出現(xiàn)粘刀的問題，也可以直接將低濃度的乳化液或者是水溶液連續(xù)性的澆注在切削零件上，從而滿足切削熱的降低，最終提升加工質(zhì)量。

3 結(jié)語

總而言之，在進行薄壁零件加工的時候，因為本身的整體尺寸較大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，再加上壁厚較薄，這樣就很容易在加工之中出現(xiàn)變形，進而影響加工的精度。為了能夠有效的控制零件變形，就需要做好相應(yīng)的校正?？紤]到薄壁零件本身獨特性，就需要采取一系列有效的方法，這樣才可以滿足加工精度的要求。