如何提高薄壁零件加工質(zhì)量

張琦

【摘要】薄壁零件已廣泛地應(yīng)用在各工業(yè)部門，但薄壁零件的加工是車削中比較棘手的問題，原因是薄壁零件剛性差，強度弱，在加工中極容易變形，使零件的形位誤差增大，不易保證零件的加工質(zhì)量。針對影響加工薄壁零件精度不高等因素，分析了如何提高薄壁零件的加工精度，以下給出了解決問題的具體方法。

【關(guān)鍵詞】薄壁零件 加工 精度等

一、提高薄壁零件加工質(zhì)量的重要性

薄壁零件的加工是車削中比較棘手的問題，原因是薄壁零件剛性差，強度弱，在加工中極容易變形，使零件的形位誤差增大，不易保證零件的加工質(zhì)量。為此對工件的裝夾、刀具幾何參數(shù)、程序的編制等方面進行試驗，有效地克服薄壁零件加工過程中出現(xiàn)的變形，保證了加工精度，為今后更好的加工薄壁零件提供了好的依據(jù)及借鑒。

二、薄壁零件加工工藝分析

薄壁零件加工的最大瓶頸是壁薄和易變性，而影響變形的因素有很多，具體體現(xiàn)在以下幾個方面：

（1）裝夾引起變形，由于徑向夾緊力的作用，從而影響工件與形狀精度。

（2）切削過程中受車削擠壓與牽引導(dǎo)致工件變形。

（3）由于工件剛性差，在切削過程中易產(chǎn)生振動和變形，影響工件尺寸精度、形狀、位置精度和表面粗糙度。

（4）其他因素引起變形，如機床振動等。

三、解決方案及加工工藝技巧

（一）裝夾方式的改變

控制加工變形是保證薄壁零件加工質(zhì)量的關(guān)鍵。其中裝夾方案是重要的一項。

夾具的主要作用是通過合理布置夾具和支撐塊的位置及合適的夾緊力，在加工過程中對工件進行定位、約束和支撐。通過優(yōu)化裝夾方式來減小裝夾引起的彈性變形是提高加工精度和生產(chǎn)效率的重要途徑。

圖1所示為套類薄壁零件。它的外圓直徑差很小，強度弱，如果在卡盤上夾緊用力過大，就會使薄壁零件產(chǎn)生變形，造成零件的圓弧度誤差。如果在卡盤上夾得不緊，在車削時有可能使零件松動而報廢。夾緊力的大小，我們采取粗車時夾緊，精車時夾松些來控制工件變形。

從圖2中可以看到零件是在三爪自定心卡盤上裝夾，零件只受到三個爪的夾緊力，夾緊力不均衡。如果將零件上的每一點的夾緊力都保持均衡，換句話說，就是增大零件的裝夾接觸面，而減少每一點的夾緊力。如圖3所示，采用開縫套筒或扇形軟卡爪，通過試驗證明：后一種方法夾緊，零件的變形小，方法可行。如果我們轉(zhuǎn)移夾緊力的作用，如圖4所示，由徑向夾緊改為軸向夾緊，零件的變形很小，也可以說明軸向壓緊方法有利于承載夾緊力，而不致使零件變形。

（二）選用合理的切削用量

切削力的大小與切削用量密切相關(guān)。從《金屬切削原理》中可以知道：背吃刀量ap，進給量f，切削速度v是切削用量的三個要素。在試驗中發(fā)現(xiàn)：①背吃刀量和進給量同時增大，切削力也增大，變形也大，對車削薄壁零件極為不利。②減少背吃刀量，增大進給量，切削力雖然有所下降，但工件表面殘余面積增大，表面粗糙度值大，使強度不好的薄壁零件的內(nèi)應(yīng)力增加，同樣也會導(dǎo)致零件的變形。

（三）合理選擇刀具的幾何角度

在薄壁零件的車削中，刀具前角的大小，決定著切削變形與刀具前角的鋒利程度。前角大，切削變形和摩擦力減小，切削力減小，但前角太大會使道具的楔角減小，刀具強度減弱，刀具散熱情況差，磨損加快。所以，一般車削鋼件材料的薄壁零件時，用高速鋼刀具，前角取6-30°，用硬質(zhì)合金刀具，前角取5-20°。主偏角在30°-90°范圍內(nèi)、車薄壁零件的內(nèi)外圓時，取大的主偏角。副偏角取8°-15°，精車時取較大的副偏角，粗車時取較小的副偏角。

（四）切削液對薄壁零件的影響

用高速鋼刀具粗加工時，以水溶液冷卻，主要降低切削溫度;精加工時，中、低速精加工時，選用潤滑性能好的極壓切削油或高濃度的極壓乳化液，適當提高其潤滑性能在車削過程中充分使用切削液不僅減小了切削力，刀具的耐用度得到提高，工件表面粗糙度值也降低了。同時工件不受切削熱的影響而使它的加工尺寸和幾何精度發(fā)生變化，保證了零件的加工質(zhì)量。

（五）薄壁零件的車削加工技巧

薄壁零件的車削一般把粗車和精車加工分開進行，可消除粗車時切削力過大而產(chǎn)生的變形，當使用同一基準、一次裝夾完成工件半精車與精車加工時，應(yīng)用開口套筒及專用扇形軟卡裝夾薄壁工件，可增大裝夾接觸面積，使夾緊力均勻分布在薄壁工件上，以減少工件的變形。在精車前松開工件，并把它稍微轉(zhuǎn)動一下，使它恢復(fù)到自由狀態(tài)。

工藝方法：首先粗車端面、外圓和內(nèi)孔，車削長度大于工件長度：松動一次三爪，半精車端面、外圓和內(nèi)孔;其次在外圓上按工件長度車一個槽，注意槽的底徑要大于精車后工件的內(nèi)孔直徑;最后再沿槽切斷。用這種方法車削薄壁零件，變形情況大為減小，其原因就是車出得槽使工件釋放出了夾緊力不均而產(chǎn)生的外應(yīng)力，使精車時，工件處于無應(yīng)力變形狀態(tài)，接近自由狀態(tài)，車斷后工件仍然保持車削時的形狀和尺寸精度

以上是我在加工薄壁零件過程中，針對所出現(xiàn)的問題采取的一些措施，以及分析了這些措施的可行性。當然加工薄壁零件除了上述分析的幾種情況外，在加工中還可以利用一些施工圈、輔助支承、等工裝夾具。減少加工中的變形，是解決車削薄壁零件的關(guān)鍵。

通過實踐，按上述工件裝夾方法和加工技巧手段，對加工后薄壁零件進行檢測，從中可知采用以上方法保證了工件的尺寸及加工精度，同時降低了成本，提高了生產(chǎn)效率，保證了產(chǎn)品質(zhì)量，為企業(yè)生產(chǎn)取得良好的經(jīng)濟效益。