精密薄壁零件的加工

封金徽++婁嘉俊++連碧華

摘 要：隨著加工技術的發展，很多復雜、工藝性很強的零件都被一一的制造出來。薄壁零件在這些零件中具有很強的典型性，本文的主要內容是針對精密薄壁零件的加工展開討論，分析了加工過程中對薄壁零件的影響因素，同時還給出了如何解決這些問題的方法。使加工者能更好的利用這些經驗和方法加工出更加精密的薄壁零件。

關鍵詞：精密零件 薄壁零件 影響因素 加工方法

中圖分類號：TG506 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）07（b）-0084-01

由于電子信息技術和機械加工技術的發展，機械制造業的迅猛發展，目前數控機床能加工出各種高精密零件的零件，比如：細長軸、曲軸、絲杠、薄壁、復雜腔體等零件。而其中的薄壁類零件的加工具有典型性，由于它的特點，需要加工者精通加工工藝知識，比如：切削三要素、切削力、機床剛性、切削熱、夾具、刀具等多種因素。本文就以精密薄壁零件在加工中的難點展開論述。

1 薄壁零件加工質量受多種因素影響

薄壁零件在加工時最大的難點就是加工變形，在加工過程種有很多因素導致這個問題的出現，下面做簡單分析。

（1）切削力。在零件加工過程中，一般采用的90°外圓車刀在粗加工時由于加工余量的問題會引起較大的切削力、徑向和軸向切削力，這三種力可使工件產生圓度和同軸度方面的誤差。另外，零件加工中會出現加工殘余應力，這是由于刀具在零件加工時發生的擠壓形成的，同時如果加工過程中排屑不通暢，也會造成前刀面和后面跟工件摩擦，切削力、軸向力、徑向力的合力以及工件殘余應力很容易造成零件的變形。

（2）切削熱。切削過程中的變形、摩擦所消耗的功轉變為熱能。切削熱傳入刀具、切屑、工件和周圍介質中，使他們溫度升高，引起工件和刀具的熱變形。切削熱通過對切削溫度的影響來影響切削過程，切削溫度的高低取決于產生熱量的多少及熱傳散的快慢，切削溫度對工件的熱變形影響很大。

（3）機床性能、切削振動。機床的剛度、機床夾具會直接影響薄壁零件的受力情況。工件與刀具之間也會由于機床剛度的原因發生強烈的相對振動，這種振動在薄壁零件加工時不僅影響表面粗糙度的增大或產生明顯的波紋。嚴重惡化了表面質量和加工零件的形變。為了避免產生振動，常常不得不降低切削用量，致使刀具和機床的性能得不到充分發揮，限制了生產率的提高。

（4）刀具。刀具幾何角度對工件變形有顯著的影響，刀具的前角、后角、主偏角的大小直接影響加工力的大小。另外刀具材料的不同在加工過程中產生的切削力的大小也不相同，薄壁零件加工中，刀具材料選擇較為關鍵。

（5）零件材料。零件材料分為金屬材料和非金屬材料，脆性材料和塑性材料。不同的材料所適用的切削參數、切削刀具參數都是不一樣的。不同的零件材料對薄壁零件加工參數的選擇也不同。

2 減小以上影響因素的措施

在薄壁零件加工過程中，出現了如此多的影響因素，加工者如何去改變這些因素對薄壁零件加工的影響呢？可以通過以下方式來解決這些問題。

（1）高速切削時熱量大部分被切屑帶走，只有少量的熱量傳入到工件。薄壁零件加工可以選用高速機床進行，高速機床高速運轉對零件的變形影響很小。在切削過程中，還可以通過判斷切屑的顏色來判斷熱量的大小。可以通過選擇合理的切削參數、刀具角度、刀具壽命指標來控制溫度。機床上充分而合理的冷卻液選擇也很重要，加工過程中，大量的熱量由冷卻液帶走，冷卻充分，熱量帶走充分，切削熱對薄壁零件的加工變形就會減小。

（2）薄壁零件加工時外圓刀具的前角要大，這樣才能減少切削變形，加工硬化程度及深度，同時可抑制或消除積屑瘤，并使切削分力顯著下降，有利于消除振動，從而減小表面變形。薄壁零件加工時，刀具的刃口要鋒利，除了采用較大前角外，還要有較大的主偏角，此時注意角度的合理性，不然會因為刀頭體積過小而影響刀具的強度和剛度，使熱量無法及時散出，影響工件產生變形。當然，刀具角度的選擇同時要遵循工件的材料，機床剛性，自身材料的特點。

（3）由于薄壁零件的加工難度隨著壁厚的減少而增大，為了避免振動引起的加工變形，我們必須增加工藝系統的抗振性，增加工藝系統的剛度，對于減小振動有很大的作用。比如可以利用薄壁零件的未加工表面，這部分由于存在較大的余量，可以形成很大的工藝支撐，例如：在加工薄壁類軸類零件時，可以將零件裝夾部分毛坯增長，加工時用車刀從外部向內部遞進進刀，從而降低徑向力對薄壁的壓力，由中間向周邊直至薄壁。如果孔的深度大，此時要先用小桿鏜刀先將孔鏜大，然后更換大刀桿的刀具進行鏜切，這樣可以大大降低切削過程中的變形，更換大刀桿可以有效地降低加工過程中出現的振動現象。

（4）根據薄壁零件加工的影響因素，在裝夾工件時要格外注意，加工前的工藝分析應該更多的考慮最少裝夾次數為先，加工時一定要選擇最佳裝夾點，在夾緊力的給力方面要恰到好處，既要能將工件牢固的加緊，又能不使工件產生變形。所以加工時最好能借助量具輔助裝夾。

（5）通過設計輔助工藝工裝來加強薄壁零件的強度，對于薄壁套筒零件來說，可以根據圖紙要求先加工一根長軸，長軸的外徑尺寸要求最好能實現跟薄壁零件的間隙配合，薄壁零件在工藝設計時，選擇較大余量的毛坯，先將孔徑做好，然后將預先做好的心軸插入其中，此時的薄壁已經變成了實體零件，然后在加工薄壁零件的外圓部分，加工結束之后再將工藝心軸拔出。通過這樣的設計，就無需考慮機床夾具夾緊力過大而使得薄壁零件發生變形，但是，這一方法的局限性就是以犧牲材料為代價。當然，薄壁套類零件的加工不僅僅可以通過加工輔助心軸的方式，還可以通過填充的方式，比如：石蠟等，等零件加工結束后，再將石蠟融化去除，同時，石蠟還能重復利用，經濟環保。

（6）可以通過分層次切削的方式來減少薄壁零件在加工中的變形。同樣以套類薄壁零件為例，在加工過程中可以通過輪流加工的方式來進行加工，即在內腔去除掉一定的余量后，在外圓部分去除同樣厚度的余量，這種加工方式的好處就是可以最大減小零件的殘余應力，零件殘余應力能得到徹底釋放，隨之零件變形變小，零件質量提高。

經過以上分析，使我們了解了薄壁零件在加工中會出現的問題，分析了影響零件最大的因素就是力的存在，全文通過比較多的文字提出了解決薄壁零件加工中出現的問題，當然，薄壁零件的形狀豐富，不可能通過某一種具體的方法能解決這些問題，還需要具體問題具體分析，這樣才能使薄壁零件的加工更加“精密”。

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