薄壁零件的加工

李念周

（河南中鋁裝備有限公司，河南鄭州 450041）

1 薄壁零件的主要特點(diǎn)

薄壁零件壁厚和徑向尺寸比差大，甚至達(dá)到幾十乃至上百倍，工件剛度弱，易裝夾變形，給切削加工帶來較大困難。如果加工工藝不合理，很難滿足圖紙要求。

薄壁零件的種類很多，常見的有套筒類、環(huán)類、盤類等。各類薄壁零件有各自的特點(diǎn)，在車床上加工時(shí)，要根據(jù)工件各部位不同的特點(diǎn)，找到其薄弱環(huán)節(jié)位置，采取不同的加工路線和裝夾方法，才能保證其加工精度。如套筒類薄壁零件和環(huán)類薄壁零件的薄弱環(huán)節(jié)主要是徑向剛度較弱，容易產(chǎn)生徑向變形；盤類薄壁零件主要是軸向剛度弱，容易從軸向端面產(chǎn)生翹曲和變形。這些薄弱環(huán)節(jié)的變形，又往往影響到其他部位的技術(shù)要求，所以加工這類薄壁零件時(shí)，應(yīng)采取相應(yīng)的措施來滿足薄弱環(huán)節(jié)的技術(shù)要求，從而滿足質(zhì)量要求。

2 車削薄壁零件易產(chǎn)生的主要問題

車削薄壁零件易產(chǎn)生的主要問題有以下幾點(diǎn)：

（1）工件裝夾不當(dāng)產(chǎn)生變形。用三爪卡盤夾緊薄壁零件外圓車內(nèi)孔時(shí)，工件產(chǎn)生彈性變形，工件內(nèi)孔在卡爪部位變成很窄的三條直面。在這種情況下加工內(nèi)孔后，在不松開卡爪前測(cè)內(nèi)孔尺寸，完全符合圖紙要求；松開卡爪再測(cè)尺寸時(shí)，就會(huì)發(fā)現(xiàn)尺寸不能滿足要求了。當(dāng)用三爪卡盤撐著內(nèi)孔加工外圓時(shí)，也會(huì)出現(xiàn)類似情況。產(chǎn)生這種變形的原因是由于夾緊力集中在工件局部，而工件的剛度弱，承受不了這樣大的夾緊力而引起了工件變形。

（2）相對(duì)位置不準(zhǔn)產(chǎn)生的壁厚不均工件。夾具、刀具與車床主軸旋轉(zhuǎn)中心的相對(duì)位置調(diào)整不準(zhǔn)，都容易引起工件幾何變形和壁厚不均勻。

（3）加工部位伸出過長產(chǎn)生變形和振動(dòng)。工件薄壁部位伸出過長，在切削過程中工件受切削力影響產(chǎn)生振動(dòng)和變形。

（4）刀具選用不合理影響精度和表面光潔度。

（5）工件受切削熱的影響產(chǎn)生變形。對(duì)于一些線膨脹系數(shù)大的薄壁工件，半精車和精車若在一次裝夾中完成時(shí)，連續(xù)切削所產(chǎn)生的切削熱對(duì)它的精度影響很大。

（6）殘余內(nèi)應(yīng)力產(chǎn)生的變形。工件在沒有消除內(nèi)應(yīng)力時(shí)加工，會(huì)產(chǎn)生很大的加工后變形。

3 薄壁零件的車削加工

3.1 選擇和制定合理的工藝方案

選擇工藝方案要考慮如何防止切削變形和保證零件精度要求，根據(jù)薄壁零件的幾何形狀和技術(shù)要求，確定合理的加工工藝方案，這是保證薄壁零件最終加工質(zhì)量的關(guān)鍵。在制訂工藝方案時(shí)，從工件的毛坯形狀、加工余量大小、熱處理方法等方面考慮工件在車削過程中的變形問題，為減小車削加工變形創(chuàng)造條件。

（1）薄壁零件的毛坯一般為鍛件、鑄件或鉚件，在車削加工前需進(jìn)行熱處理以減小內(nèi)應(yīng)力。硬度不高的鋼件毛坯在退火或正火后，晶體組織更加均勻，機(jī)械性能得到提高，消除內(nèi)應(yīng)力的同時(shí)改善了切削性能，有利于切削加工和減少加工后的變形。硬度較高的鋼件毛坯在退火或正火后，除達(dá)到上述目的外，還為工件的淬火及回火處理做了前期準(zhǔn)備。精度要求高的薄壁零件，粗加工后要進(jìn)行調(diào)質(zhì)或者振動(dòng)時(shí)效處理，進(jìn)一步消除內(nèi)應(yīng)力，穩(wěn)定工件的尺寸精度，使其有足夠的剛度、較高的韌性，避免零件精車時(shí)產(chǎn)生變形。

（2）薄壁零件的切削加工，需將粗加工和精加工分開進(jìn)行，粗加工后要進(jìn)行熱處理。因?yàn)榇旨庸r(shí)工件余量較大，進(jìn)給量和走刀量都比較大，工件的夾緊力相應(yīng)較大，車削時(shí)工件變形較大。精加工時(shí)余量小，刀具進(jìn)給量和走刀量小，較小的夾緊力就能滿足要求，工件變形相應(yīng)小。粗加工和精加工分開進(jìn)行，工件在粗加工和熱處理時(shí)產(chǎn)生的變形量，在精加工時(shí)可以得到修正。個(gè)別形狀復(fù)雜、精度要求高的薄壁零件，連續(xù)進(jìn)行粗加工和精加工不能保證精度要求時(shí)，應(yīng)在粗加工和精加工間增加半精加工，逐步修正變形量。

（3）用同一工藝基準(zhǔn)在一次裝夾中完成工件的粗加工和精加工時(shí)，為了修正半精車時(shí)的變形，須在精加工之前松開工件并略微旋轉(zhuǎn)工件，恢復(fù)其變形，再輕輕夾緊進(jìn)行精加工，這樣能在精加工時(shí)修正半精加工時(shí)產(chǎn)生的變形。若薄壁零件在車床工序外還有鉆孔及銑平面等工序時(shí)，精車工序應(yīng)在這些工序后進(jìn)行，避免精車得到的尺寸及形位公差被后續(xù)工序改變。

（4）為了保證工件精車后的質(zhì)量要求，在精車前應(yīng)檢查或修正工件的定位基準(zhǔn)。

（5）若為單件生產(chǎn)，因?yàn)楸”诹慵诖旨庸ず髣偠容^弱，工件裝夾比較困難，可以在夾具上采取措施防止變形，或從加工工藝上采取相應(yīng)措施來保證加工要求，以降低夾具成本。比如單件加工一個(gè)小型薄壁圓筒，可以預(yù)留工藝夾頭，在工件內(nèi)孔、外圓精加工后切除工件，使內(nèi)外圓及端面在一次裝夾中完成，保證幾何和位置精度。

（6）薄壁零件加工過程中，加工余量的分配同樣影響工件的加工質(zhì)量。半精加工的余量選取應(yīng)根據(jù)工件形狀、大小和熱處理變形情況確定，使工件在熱處理后的半精加工不留黑皮，精加工余量盡可能小。

（7）套環(huán)類薄壁零件應(yīng)加工內(nèi)孔后再加工外圓，使工件裝夾和夾具設(shè)計(jì)相對(duì)簡(jiǎn)單。加工內(nèi)孔時(shí)，外圓余量保存稍大，可增加工件剛度。

3.2 防止工件裝夾時(shí)的變形

（1）薄壁零件強(qiáng)度較弱，裝夾不當(dāng)極易引起工件變形，為了保證加工精度的要求，加工前的合理裝夾，是保證薄壁零件加工質(zhì)量的一項(xiàng)重要措施。對(duì)形狀比較簡(jiǎn)單的薄壁零件，盡量共用定位基準(zhǔn)面，一次裝夾完成多道工序，避免多次裝夾造成的變形。

（2）薄壁零件的特點(diǎn)決定其承受不了大的夾緊力，需選擇合理的夾緊部位，使夾緊結(jié)構(gòu)合理?？刹捎脤Ｓ玫膴A具或胎具，或采用軟金屬卡爪或開口套筒，從而有效防止變形。加工薄壁零件常用的夾具還有心軸，用細(xì)牙螺紋連接胎具和工件等。工件裝在夾具上后，首先檢查定位是否準(zhǔn)確、合理、穩(wěn)固，否則需查找原因，例如修正工件的定位基準(zhǔn)，或者調(diào)整和修正夾具的定位表面，使其與夾具緊密配合，定位準(zhǔn)確、牢靠。

（3）工件夾緊部位的選擇和夾緊件的結(jié)構(gòu)形式要根據(jù)薄壁零件的具體結(jié)構(gòu)和要求而定，并注意以下問題：①夾緊部位應(yīng)選在工件剛度較強(qiáng)的部位；②夾緊力要均勻作用在工件上；③夾緊力必須作用在工件的支撐面上，不能作用在工件的懸空部位。在車床上夾緊工件的小端精車大端面時(shí)，由于工件剛度差，切削部位懸空，很難保證其平面度和光潔度，切削過程會(huì)產(chǎn)生刺耳的噪聲及振動(dòng)。如果在卡爪盤上增加活動(dòng)支撐頂靠工件背面并鎖緊，可以大幅改善加工效果。

3.3 減小切削力對(duì)工件變形的影響

影響切削力大小的因素有很多，主要有工件材料材質(zhì)、刀具選用、切削用量和潤滑冷卻等4 個(gè)方面。

（1）工件材料材質(zhì)對(duì)切削力的影響。材料的強(qiáng)度及表面硬度直接影響切削力的大小，熱處理可以改善其性能，薄壁零件在粗加工前要進(jìn)行熱處理。

（2）刀具主要幾何角度對(duì)切削力的影響。刀具前角的大小與切削變形情況和切屑與刀具前面摩擦情況有關(guān)。前角大時(shí)，切削變形量和摩擦力減小，切削力減??；但前角過大，會(huì)使刀具楔角減小，刀具強(qiáng)度降低，散熱能力差，磨損速度快，所以應(yīng)在精加工時(shí)取大前角，粗加工時(shí)取小前角。刀具后角的大小決定著刀具后面和工件切削表面間的摩擦情況：后角大，與工件切削表面間隙大，摩擦力小，切削力也相應(yīng)的變??；但是后角過大，會(huì)形成刀具刃部變薄，強(qiáng)度不足等缺陷，所以在精車時(shí)取大后角，粗車時(shí)取小后角。

（3）切削用量對(duì)切削力的影響。當(dāng)切削深度和進(jìn)給量大時(shí)，切削力也大，但是兩者對(duì)切削力的影響程度不一樣。在切削面相等時(shí)，增大進(jìn)給量比增大切削深度切削力小。切削速度對(duì)切削力的影響是不斷變化的，但在半精車和精車時(shí)差別不大，此時(shí)盡量用較高的切削速度，提高表面光潔度。

（4）冷卻潤滑對(duì)切削力的影響。切削過程產(chǎn)生大量熱量，使刀具溫度上升、強(qiáng)度降低，磨損速度加快，導(dǎo)致加工表面光潔度降低；熱量傳遞到工件上，使工件受熱變形，所以車削薄壁零件應(yīng)使用冷卻潤滑液。使用冷卻潤滑液不僅可減小切削力，提高刀具耐用度及加工表面的光潔度，更重要的是避免了工件因切削熱而產(chǎn)生的變形，進(jìn)一步保證了加工精度。

另外，加工合格后的薄壁零件還要注意存放和運(yùn)輸方式，避免合格產(chǎn)品成為廢品。