一種薄壁零件的制造工藝

王青成

（中國空空導彈研究院，河南 洛陽 471009）

隨著高精度、薄壁類零件在航空制造行業應用的日益廣泛，其加工制造變形大、加工難度高等特點越來越明顯。該類零件金屬切除量大、工件壁薄、剛性差，在加工過程中，主要由于裝夾變形、熱變型、切削力變形等因素影響，零件加工很難達到圖紙要求。為了保證圖紙要求，加工過程中需減少和控制變形，工藝安排上需要從工件裝夾方式、工序安排等多方面進行優化。下面就本單位一個典型零件的加工工藝對此加以闡述。

1 工藝性分析

該零件如圖1所示，零件長142mm，外徑為Φ90mm，壁厚2mm，兩處Φ（72+0.03）mm要求與外圓同軸度為0.02mm，零件材料為2A12 T4。該零件兩處Φ（72+0.03）mm為軸承裝配，要求與外圓同軸度為0.02mm，這是該零件加工的難點。這是典型的高精度、薄壁類零件，具有薄壁、高精度、低剛性特點。加工中最需要解決的問題，是控制和減少變形。而影響和造成工件加工變形的主要因素，是受力變形、受熱變形和振動變形3個方面。

（1）受力變形。因工件薄，強度弱，在卡盤上夾緊時，夾緊力不均衡會使零件產生變形，造成零件的圓度超差，從而影響工件的尺寸精度和形狀精度。

（2）受熱變形。由于切削熱使工藝系統各部分的變形產生差異，從而破壞了刀具與工件的準確位置與運動關系，使薄壁件零件更容易產生變形，使工件尺寸難于控制。

（3）振動變形。在切削力（特別是徑向切削力）的作用下，容易產生受迫振動和自激振動，在加工表面留下振動痕跡，影響工件的尺寸精度、形狀、位置精度和表面粗糙度。

該零件加工工藝設計過程中，要充分考慮受力變形。

在傳統工藝中，為消除毛坯內的殘余應力及其他各種應力對零件變形的影響，保證加工精度，增加了多道熱處理工序，以消除應力。這增加了工序，使加工周期變長，加工成本增加。而該零件加工工藝過程只使用一道熱處理工序來消除應力，以縮短加工周期、降低加工成本。

圖1 典型薄壁零件圖

2 工藝路線設計的考慮

2.1 防變形裝夾的考慮

薄壁零件加工工藝設計過程中，要考慮裝夾方式，防止零件裝夾變形。要實現防變形裝夾的關鍵，是裝夾時確保零件基準面與工作臺面或夾具基準面自然、致密貼合，零件的基準面多點均勻受力。這種裝夾，不會造成零件的變形，或者造成的零件變形量仍在允許的范圍內。但這種裝夾對零件基準面平面度提出了更高的要求。通常這種零件裝夾基準面通過研磨來保證其平面度。

由于該零件的壁厚薄，零件的剛性很差，零件能夠抵抗彎曲變形所允許的徑向力有限，因此想通過利用工藝臺來增強零件的剛性，減少夾持變形。該零件加工工藝設計中，在零件的兩端設置工藝臺，給加工過程提供了裝夾的方式，將傳統的三爪夾緊的方式，改為壓板壓緊的方式，并將壓緊面研磨到平面度0.01mm范圍內，這樣使用壓板裝夾零件時，零件的變形很小，不影響零件的尺寸精度和形狀精度。

2.2 轉換基準的考慮

在加工工藝設計過程中，經常遇到需要基準的轉換問題。本零件要求兩處的Φ（72+0.03）mm與外圓的同軸度0.02mm，由于零件加工不可能一次裝夾同時完成兩處的Φ（72+0.03）mm與外圓的加工，因此需要轉換基準加工。由于在裝夾方式上增加工藝臺，因此利用零件兩端內孔的倒角作為轉換基準，在精加工過程中，利用一次裝夾加工保證一端的Φ（72+0.03）mm、外圓與其內孔倒角的同軸度要求，然后利用兩頂尖頂內孔倒角，一次車外圓，保證了兩處的Φ（72+0.03）mm與外圓的同軸度的要求。

3 工藝路線安排

工藝路線安排如下：備料—粗車—粗車—時效—研磨—精車—精車—精車—精車—精車—檢驗—表面處理—入庫。

（1）第一步。采用通常的三爪夾頭夾緊零件的外圓，進行零件一端的尺寸的粗加工，并留下各1mm的加工余量，加工出一端的工藝臺，端面和外圓各留出2mm余量。

（2）第二步。利用第一步加工出來的凸臺壓緊零件，進行零件另一端的尺寸的粗加工，并留下各1mm的加工余量。

（3）第三步。過T851時效，將零件的內應力釋放，防止后面的加工中由于應力釋放產生零件變形。

（4）第四步。通過研磨出一端工藝臺基準面，保證平面度0.01mm，這個基準面的品質，一定要好，其直接影響后續精加工內容。這是防止裝夾變形的關鍵。

（5）第五步。加工一端的尺寸，但端面留下0.1mm余量，嚴格要求Φ（72+0.03）mm處留下0.3mm余量。

（6）第六步。加工另一端的尺寸，加工前找正外圓基準跳動0.05mm，端面留下0.1mm余量，嚴格要求Φ（72+0.03）mm處留下0.3mm余量。

（7）第七步。加工Φ（72+0.03）mm、外圓、倒角內容，由于要利用兩端倒角車外圓，所以對倒角的圓度要求0.005mm、與外圓同軸度0.01mm。這是轉換基準的關鍵。

（8）第八步。加工前找正外圓跳動 0.01mm，加工Φ（72+0.03）mm、倒角內容，由于要利用兩端倒角車外圓，所以對倒角的圓度要求0.005mm、與外圓同軸度0.01mm。這是轉換基準的關鍵。

（9）第九步。配車死頂尖，找正活頂尖跳動0.005mm，通過兩頂尖頂起車外圓，從而保證兩處Φ（72+0.03）mm對外圓的同軸度0.02mm要求（見圖2）。

圖2 兩頂尖頂起車外圓裝夾圖

4 結束語

該零件金屬切除量大，工件壁薄，剛性差。在加工過程中，由于裝夾變形等因素影響，零件加工很難達到圖紙要求。在加工工藝的安排上，通過從工件裝夾、轉換基準的方式，來保證圖紙的要求。車工常用傳統的三爪卡盤夾緊到壓板壓緊的方式，減少裝夾變形，工藝臺在該零件加工中的應用十分可行，其能增加零件的剛性、增加零件承受徑向力的能力，能為零件的裝夾提供固定作用和支撐作用。工藝臺的使用，有效減少了薄壁零件切削變形和裝夾變形，改善了薄壁零件的工藝性。通過巧用各種基準進行轉換，從而保證不能一次裝夾的兩個要素的高同軸度要求，一次裝夾進行加工，保證同軸度的精度比較好，由于個別零件的結構設計的原因，一些基準要進行轉換。轉換基準后，需要對零件的基準精度進行分配，最終保證零件達到了圖紙要求。

[1]梁炳文.機械加工工藝與竅門精選第4集[M].北京:機械工業出版社，2004.

[2]李 華.機械制造技術[M].北京:機械工業出版社，2007.