薄壁零件的車削

提要：薄壁零件的車削加工是加工中的一個(gè)難點(diǎn)，如何減少零件變形是保證薄壁零件質(zhì)量的關(guān)鍵。本文從工件裝夾、切削用量、刀具的幾何角度和切削液的選擇四個(gè)方面對(duì)零件變形的影響，作一些探討和分析。

關(guān)鍵詞：薄壁零件、變形、裝夾、切削用量

前言

薄壁零件的加工是車削中比較棘手的問(wèn)題，原因是薄壁零件剛性差，強(qiáng)度弱，在加工中容易變形，使零件的形位誤差增大，不宜保證零件的加工質(zhì)量。薄壁零件也因?yàn)橹亓枯p，節(jié)約材料，結(jié)構(gòu)緊湊等特點(diǎn)，在機(jī)械加工運(yùn)用比較廣泛。有時(shí)為了一個(gè)薄壁零件的加工質(zhì)量，會(huì)影響到機(jī)器的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。為此，我結(jié)合多年的工作經(jīng)驗(yàn)將薄壁零件的裝夾、刀具的合理選用、切削用量的選擇、切削液的選擇等等，進(jìn)行一次深入的分析和探討。為以后更好地加工薄壁零件，保證質(zhì)量，提供一些依據(jù)。

1.由工件裝夾引起的變形

圖1所示為套類薄壁零件。它的內(nèi)外圓直徑差很小，強(qiáng)度當(dāng)然就弱，如果在卡盤(pán)上夾的不緊，在車削時(shí)有可能使零件松動(dòng)而報(bào)廢。夾緊力的大小，我采取粗車時(shí)夾緊些，精車時(shí)夾松些來(lái)控制零件的變形。我們從圖2中可以看到零件是在三爪自定心卡盤(pán)上裝夾，零件只受到三個(gè)爪的夾緊力，夾緊力不均衡，從而使零件變形。如果我們將零件上的每一點(diǎn)的夾緊力都保持均衡，換句話說(shuō)，就是增大零件的裝夾接觸面，從而減少每一點(diǎn)的夾緊力。零件的變形就會(huì)好的多，如圖3所示。也就是在加工薄壁零件時(shí)，工藝上所采用的開(kāi)縫套筒或扇形軟卡爪。根據(jù)物理學(xué)中的壓強(qiáng)公式：P=F/S可以知道，壓力一定，受力面積越大，壓強(qiáng)就越小。從以上的理論分析中，可以看到，增大裝夾接觸面，減少每一點(diǎn)

的夾緊力，這種方法是可行的。

在裝夾零件的過(guò)程中，要受到力的影響。零件形狀不同，結(jié)構(gòu)不同，受力的作用點(diǎn)不同，都可能對(duì)零件的形狀精度產(chǎn)生影響。從圖2的裝夾中，我們可以清楚得看到，零件是利用徑向夾緊的。因此加工后零件的變形部位也在直徑方向。如果我們轉(zhuǎn)移夾緊力的作用點(diǎn)，由徑向夾緊改為軸向夾緊（圖4），我們來(lái)分析以下這種方法。

從以上計(jì)算數(shù)據(jù)我們可以看到：軸向夾緊力的正向力約為徑向夾緊力的1/6，也就是說(shuō)明軸向夾緊方法有利于承載夾緊力，而不致使零件變形。

2.切削用量對(duì)薄壁零件的影響

薄壁零件車削時(shí)的變形是多方面的。裝夾工件的夾緊力，切削工件時(shí)產(chǎn)生的切削力，工件阻礙刀具切削時(shí)產(chǎn)生的彈性變形和塑性變形，使切削區(qū)的溫度升高而產(chǎn)生熱變形。

切削力的大小與切削用量是密切相關(guān)的。從《車工工藝學(xué)》中可以知道：背吃刀量ap，進(jìn)給量f，切削速度v是切削用量的三個(gè)要素。合理選用三要素就能減少切削力，從而減少變形。一般來(lái)說(shuō)，背吃刀量增加，切削力就成正比增加，而進(jìn)給量增加，切削力只增加70%左右。根據(jù)切削力的近似公式，加工剛件時(shí)，切削力Fz=2000apf，也就是說(shuō)切削力是系數(shù)與背吃刀量、進(jìn)給量的乘積。如果背吃刀量和進(jìn)給量同時(shí)增大，那么切削力也大，變形也大，對(duì)車削薄壁零件極為不利；如果減少背吃刀量，增大進(jìn)給量，切削力雖然有所下降，但工件表面殘留面積增大，表面粗糙度值大，使強(qiáng)度不好的薄壁零件的內(nèi)應(yīng)力增加，同樣也會(huì)導(dǎo)致零件的變形。所以在粗加工時(shí)，背吃刀量和進(jìn)給量可以取大些，精加工時(shí)，背吃刀量一般在0.2～0.5mm，進(jìn)給量一般在0.1～0.2mm/min，甚至更小。切削速度對(duì)切削力的影響不大，但根據(jù)工件材料、工件直徑、刀具材料及角度，控制在一定范圍內(nèi)，一般取V=6～120m/min。精車時(shí)盡量用高的切削速度。但要采取一定的措施，防止工件的振動(dòng)，降低工件表面的粗糙度值。切削速度同時(shí)也是影響刀具的主要因素。如果切削速度高，刀具容易磨損，刀具鋒利程度減弱，也同樣會(huì)引起切削力的增加，引起零件的變形。

綜上所述，切削用量的合理選用，對(duì)薄壁零件的順利車削是十分重要的，當(dāng)然影響切削力大小的因素很多，如材料的物理性能、材料的力學(xué)性能、材料的化學(xué)成分以及材料的熱處理狀態(tài)。這些因素的存在說(shuō)明在車削零件的過(guò)程中不但要選擇合理的切削用量，同時(shí)還要合理選擇刀具的幾何角度。

3.合理選擇刀具的幾何角度

在薄壁零件的車削中，合理的刀具幾何角度對(duì)車削時(shí)切削力的大小、車削中產(chǎn)生的熱變形、工件表面的微觀質(zhì)量都是至觀重要的。從《車工工藝學(xué)》中，我們可以知道，刀具的主要幾何角度對(duì)切削力的影響是很大的。刀具前角大小，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，刀具散熱情況差，磨損加快。一般車削鋼件材料的薄壁零件時(shí)，用高速鋼刀具，前角取5°～30°；車削鑄鐵時(shí)，前角取0°～10°；用硬質(zhì)合金刀具，前角取5°～20°。精車時(shí)取較大前角，粗車時(shí)取較小前角。工件材料強(qiáng)度好、硬度高取較小前角，反之取較大前角。

刀具的后角大小，決定著刀具后面與工件表面的摩擦情況。后角大，摩擦力小，切削力也相應(yīng)減小，但后角過(guò)大也會(huì)使刀具強(qiáng)度減弱。在車削薄壁零件時(shí)；用高速鋼車刀，刀具后角取6°～12°；加工鑄鐵類薄壁件，后角取6°～8°；用硬質(zhì)合金刀具時(shí)，后角取4°～12°。精車時(shí)可取較大的后角，粗車時(shí)取較小的后角。

刀具主偏角的大小，決定著軸向切削力和徑向切削力的分配情況。 主偏角增大，徑向切削力減小，而軸向切削力增大；反之徑向切削力增大，軸向切削力減小。 主偏角一般在75°～90°范圍內(nèi)。車削薄壁零件的內(nèi)外圓時(shí)，取大的主偏角為好。

刀具副偏角的大小，影響著刀具和已加工表面間的摩擦情況及工件表面粗糙度值的大小。車薄壁零件時(shí)，副偏角一般取 8°～15°。粗車時(shí)取較大的副偏角，精車時(shí)取較小的副偏角。

4.切削液對(duì)薄壁零件的影響

在車削過(guò)程中，由于切削變形和切屑、刀具、工件間的摩擦，產(chǎn)生大量的熱，它傳到刀具上，使刀具的硬度降低，加速刀具磨損，使工件表面粗糙度值提高；它傳到工件上，使工件產(chǎn)生熱變形。切削熱的存在，對(duì)車削薄壁零件十分不利。在車削過(guò)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(shí)工件不受切削熱的影響而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。

結(jié)束語(yǔ)：

以上是我在加工薄壁零件的過(guò)程中，針對(duì)所出現(xiàn)的問(wèn)題采取的一些措施，以及分析了這些措施的可行性。當(dāng)然，加工薄壁零件除了上述的幾種情況外，在加工中還可以利用一些輔助支承、液塑心軸等工裝夾具。歸根結(jié)底正確掌握薄壁零件的安裝和夾緊，減少加工中的變形，是解決車削薄壁零件的關(guān)鍵。