薄壁环形件加工变形的解决办法论述

吴亚涛,王艳山 ,刘刚,栾秋冬

保定市东利机械制造股份有限公司

摘要：薄壁零件在航天产品中得到了越来越广泛的应用,而薄壁工件因其壁薄,加工难也成了行业内棘手的事情。以典型零件加工为例探讨薄壁环形工件在车加工过程中存在的易变形、工件尺寸及表面粗糙度不易保证等技术问题,对加工难点进行分析,给出了工艺路线和加工方案,通过优化、完善夹具设计,从而有效解决薄壁环形零件的车削加工难题,为加工薄壁环形零件提供了经验借鉴。

关键词：薄壁环形加工 

一 薄壁件概述：

薄壁件一般有结构简单，精度高，但是自身刚性不足的特点。在汽车零件中，由于汽车轻量化的进一步推进，零件逐渐向轻、薄、小等特点发展，薄壁件应用范围广泛。但是在加工中，薄壁类零件，因其自身刚性原因极易造成车削变形，给机械加工带来了较大困难。

二 一般解决方法和措施
针对以上问题，一般会采取多种方式来避免零件变形。

1，增加粗车工序，多次装夹加工去量后，再进行精加工。

2，在粗精加工之间，增加热处理或者时效处理，减少零件应力。

3，采取端面压紧的方式进行加工，使零件径向不受装夹力。

4，采用磨削、抛光等受力小的方式进行加工。

5，采用轴芯定位的方式装夹，减少零件径向受力。

6，调整刀具及加工参数，减少零件受力。

三 提高效率的几点意见
以上方式中，大部分需要增加工序，改变加工工艺等。会大幅增加成本，来实现减少零件变形，本文主要讨论成本最低，效率最高的第6项，“调整刀具及加工参数，减少零件受力”。能够广泛适用于大部分薄壁件加工中。

我将从以下5个方面进行论述：

一，零件加工的切削量

二，刀具的角度

三，刀具的选用

四，装夹工装的设计

五，切削参数的选用

3.1 零件加工的切削量

零件的切削量主要影响2个方面：切削力和切削热。

对于切削力，随着切削量的增大，刀具与零件材料的接触面积增大，同时切削力也越大。在选用切削量的时候，可以选择分层加工。比如零件内孔有1.5mm加工量，第一次切削0.7mm，第二次切削0.6mm，第三次切削0.2mm，分层加工将切削力分散，减少零件的切削受力。

对于切削热，刀具在切削零件材料时，会产生大量的热，会导致零件出现热变形。上面提到的分层加工，也可以有效减少切削热的量。另外，冷却液的使用也是降低切削热的有效措施。在切削过程中，切削液起到来了润滑和冷却的作用，所以对于薄壁件加工，切削液是必不可少的加工要素。

3.2 刀具的角度

刀具的角度对于零件的切削力，有非常重要的影响。理想状态下，刀具的切削力要尽可能在轴向，而不在径向。在调整刀具角度时，应尽可能的选用小的余偏角。当余偏角大，分力a’也随之增加，零件在径向的受力增加，容易造成零件变形。反之余偏角小时，径向受力小，零件不易变形。

3.3 刀具的选用

对于刀具的选用，优先选用刀尖圆弧小的刀具，从而降低刀具与材料的接触面积，减少切削力和切削热的产生。

刀片涂层，尽可能采用PVD涂层甚至是不带涂层刀具，提高刀具的锋利程度，进一步降低切削力。

3.4 装夹工装的设计

环形零件在装夹的时候，由于零件毛坯并不是绝对的圆，存在一定的椭圆或者凹凸不平的毛坯面，导致零件在装夹的时候，受力方向并不是指向圆心，从而导致零件装夹变形。我们采用的解决方案是：

1，使用浮动型的软爪，配合浮动爪钉。接触点会根据零件的形状和装夹面的状态，自动选取零件的中心，进行受力装夹，有效的降低了零件的变形量。

2，使用浮动型软爪，配合锋利的尖钉，使零件装夹更加稳定，从而可以降低装夹的压力，使零件减少装夹变形。

浮动软爪示意图

3.5 切削参数的选用

对于薄壁零件，切削量要小，我们前文讨论过分层加工的方法。另外需要选用较低的进给速度和线速度，降低进给速度和线速度，可以有效降低切削热和切削力。

总结：

在不改变零件设计和加工工艺的基础上，调整刀具、参数、工装来降低零件的变形，可以在不降低加工效率，不提高生产成本的基础上，有效的降低零件的变形，为薄壁零件的加工，积累了丰富的加工经验。
参 考 文 献： 陆剑中，孙家宁: 金属切削原理与刀具: 北京：机械工业出版社， 1221: