蓄能缸體薄壁件的車削變形問題研究

摘 要：薄壁件由于剛度較弱，容易產生變形，所以給車削加工帶來一定困難，精度不容易得到保證。本文以蓄能缸體的加工為例，對薄壁件的車削變形問題進行分析，并提出了一些解決這些問題的方法。

關鍵詞：薄壁件；車削；變形

中圖分類號：TH16 文獻標識碼：A

1 引言

薄壁件具有重量輕、節省材料、結構緊湊等方面的優點，因此在機械加工中經常會遇到這種零件，但是這類零件的壁厚通常同他的徑向或軸向尺寸相差比較懸殊，一般為幾十倍或上百倍，因此工件的剛度較弱，容易產生變形，給車削加工帶來了一定困難。

2 蓄能缸體車削變形分析

2.1 蓄能缸體的結構分析

蓄能缸體屬于大直徑的薄壁零件，如圖1所示。其內徑為φ190mm，外徑為φ198mm，壁厚僅4mm，采用旋壓工藝保證內外徑及內表面粗糙度，旋壓后焊接，焊后進行口部的車削，口部外徑公差也比較小，僅0.115mm。由于零件壁厚較薄，又經過旋壓及焊接，在車削外圓時，如果不采取措施，工件往往會產生較大的變形，口部尺寸無法保證。

2.2 產生變形的原因分析

薄壁件加工變形產生的原因很多，與人員、材料、設備、加工方法、環境等因素都有關系，結合蓄能缸體的結構，分析薄壁件加工過程中產生變形的主要原因如下。

2.2.1 毛坯的殘余應力的存在產生變形

蓄能缸體毛坯經過壓型、旋壓、焊接，在這些過程中，毛坯內部組織容易失去平衡，產生內應力，在后來的切削過程中，內應力重新分布，必然會引起變形，這種變形對薄壁件來說更加明顯。

2.2.2 工件裝夾不當產生變形

因工件壁薄，在夾壓力的作用下容易產生變形，從而影響工件的尺寸精度和形狀精度。圖2是工件在三爪卡盤上裝卡示意圖，當卡爪卡緊工件時，工件與卡爪的接觸部分產生彈性變形，如圖2a）所示，在這種狀態下，車削完成后，在機床上測量外圓尺寸，完全符合圖紙要求，但是松卡后，工件要從已產生彈性變形的狀態恢復到原有狀態，致使工件產生變形，呈現棱圓狀，如圖2b）所示。

產生這種變形的原因就是裝夾不當，這樣的裝夾就像三點式的接觸，使夾緊力集中在工件的三個點上，而工件壁薄，剛度弱，承受不了這么大的卡緊力，從而產生了變形。

2.2.3 刀具及切削用量選用不當產生變形

因為薄壁類工件具有剛性差和受熱容易變形等加工特點，所以刀具及切削用量的選用非常重要，若選用不合理，工件的幾何精度及表面粗糙度都將受到影響。

2.2.4 其它因素的影響

除了上述三個主要原因，設備精度、加工順序、冷卻、振動等因素也能引起薄壁件的加工變形。

3 減少薄壁件變形的途徑和方法

3.1 減少和消除工件的殘余應力

要減少殘余應力，就要增加消除殘余應力的專門工序，比如退火、回火、時效處理。本文之前提到，蓄能缸體在車削之前經過壓型、旋壓、焊接工序，為了減少在這些工序中產生的內應力，在壓型后，對工件進行了退火處理，將工件均勻加熱到680～720℃，保溫1.5～2小時后隨爐冷卻，在焊接后，又對工件進行了時效處理，常用的時效處理的方法有高溫時效、低溫時效、熱沖擊時效、振動時效，對于一些精度要求極高的零件如精密絲桿，為了更好地消除殘余應力，還需要在每次切削加工后都進行時效處理。

3.2 防止工件裝夾變形

薄壁件最突出的特點是它的剛度弱，承受不了太大的夾緊力，合理的安裝和夾緊方式，是防止工件產生變形的重要環節。

使用軟卡爪裝夾薄壁零件，是一種既簡便又行之有效的裝夾方式（如圖3所示）。軟卡爪可以根據工件的要求，加工成不同的形狀，并且軟卡爪與工件接觸面大，這樣卡緊力就可以均勻地分布在較大的接觸面上，工件就不易變形。

3.3 選擇合理的刀具及切削用量

3.3.1 刀具主要幾何角度對變形的影響

車刀的選用實際上是對四角（前角、后角、主偏角、刃傾角）和刀尖狀況的選用，而在這四角當中，首先就是要確定好合理的前角，在任何一把車刀中，前角都是非常重要的，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，會使刀具的楔角減小，刀具強度減弱，刀具散熱情況差，磨損加快。一般車削鋼類材料的薄壁件時，用高速鋼刀具，前角取5～30°，精車時取大前角，粗車時取小前角。

3.3.2 切削用量對變形的影響

在切削用量的選擇方面，應在保證工件加工精度和車刀壽命的前提下，獲得最高的生產效率。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。而減少背吃刀量，增大進給量，切削力雖然有所下降表面粗糙度值大，使強度不好的薄壁零件的內應力增加，同樣也會導致零件的變形。

3.3.3 蓄能缸體刀具及切削用量的選用

根據以上原則進行分析，最終確定刀具及切削用量如下：

A.粗車刀：采用95°機夾車刀，能合理控制排屑方向和散熱條件。

切削用量：υ=150～320轉/分，f=0.25～0.35mm/轉，ap=1～3mm。

B.精車刀：刀片材料YT15硬質合金，前角48°～50°，這樣的大前角使刀具刃口鋒利，突出切割功能，減少擠壓作用，切割輕快，減小切削力，降低了切削熱；后角14°～16°，采用大后角可減少車刀后面與工件表面的磨擦，使車刀與工件保持點接觸，工件不易受熱變形；主偏角90°～93°，采用大主偏角可減少徑向力，避免振動；副偏角16°，可減少磨擦中產生的熱量；副后角15°，可減少摩擦熱，切削輕快；斷屑槽2mm左右。

切削用量：υ=100～130轉/分，f=0.08～0.12mm/轉，ap =0.1～0.5mm。

結論

本文通過對蓄能缸體加工的分析，對薄壁件的車削變形問題進行了探討，也提出了一些減少和防止加工變形的方法，并經生產實踐證明可行，希望能為類似薄壁零件和產品的機械加工提供一定的借鑒。

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