異形薄壁工件機械加工工藝應用研究

周 來，龔念清

（九江職業技術學院，江西九江 332007）

1 異形薄壁加工技術

1.1 加工原理

異形薄壁加工技術是一種加工工藝，其加工過的零件因重量輕、結構緊湊、使用方便等特點，日益廣泛運用到生產生活中。傳統的技術是使用專用的工裝夾具，將工件放在機床上面，對工件的兩端分別進行加工。先將一端固定量取直徑，加工零件內腔，再將粗加工過的內腔作為基準，對另一端進行定位，再進行精加工[1]；將精加工過后的這一端的數據作為基準，將整段零件的大小和粗細調整到一致，再布置夾緊壓板進行手動裝夾。由于異形薄壁零件在加工時無法精準控制材料的厚度，無法保證零件的內孔、外圓和表面形位公差能夠完全一致，盡管采用分段加工，還是容易發生加工變形，降低零件合格率。而且，異形薄壁零件加工需要人工進行多次裝夾，效率較低，生產成本大。

1.2 具體應用

異形薄壁加工技術的運用很廣泛，生產生活中許多產品的零件采用到這項技術。異形薄壁技術加工后的零件重量輕、結構緊密、使用方便，已運用到許多領域[2]。通過異形薄壁加工技術生產的零件可以很薄、重量很輕，而且零件的結構很穩定，已應用于許多精密儀器中。例如，現在許多的電子產品的重量越來越輕，體積越來越小，就是組合的零件重量減輕、體積減小的成果，組合出來的產品才能更輕更小。以前的電腦都是體積大、重量重的款式，正是因為以前的技術沒辦法零部件做到很輕很薄，所以組裝出來的電腦體積和重量就很大，現在異形薄壁加工技術的成熟，使電腦的零部件做到很薄、重量很輕，電腦可以做到輕薄的形態。

2 異形薄壁工件的加工難點

2.1 加工變形大

異形薄壁技術在加工零件時，需要加熱零件材料，但是材料在通過異形薄壁加工技術加工后會減薄，材料的剛性很差，容易發生斷裂；切割時使用銑刀，會使零件摩擦升溫發生變形。如在制作薄壁鋼管時，需要將鋼材軋到很薄的狀態再卷起來做成鋼管，而鋼材軋得很薄，會減弱鋼材的延展性，使用夾緊壓板裝夾時容易使鋼材斷裂；在切割時受高溫影響，做好的鋼管會兩端回縮變形。

2.2 加工損耗率大

異形薄壁技術在加工零件時，會產生較大的損耗率，這是由于異形薄壁的零件需要零件整體的厚度、內徑、端面形位公差保持一致，而傳統異形薄壁技術對于生產的工件厚度還無法完全到達百分百的一致，需要人工進行多次裝夾，裝夾好的零件直徑和端面尺寸無法精確一致，制作出的零件難以合格，廢品損耗率較大[3]。

2.3 加工難度大

異形薄壁技術在加工零件時，需要將整段材料放在機床上加工，工件較大，整體的制作難度大；加工需要分段進行，分段加工可能會使材料的厚度、直徑等數據不一致，進一步增大了加工難度，造成制造出來的零件公差無法達到標準，使零件報廢、無法使用，造成廢品損耗。在制作零件時，需要保證每個零件的尺寸都要符合公差，這對工藝的要求非常高，而傳統在異形薄壁技術加工后需要人工裝夾，每個工人對于裝夾的力度不一樣，裝夾的時間也不同，容易造成零件松開后發生不規則變形，零件規格無法保證，生產成本高，生產效率低。

3 異形薄壁工件加工工藝的改進措施

3.1 改進鑄造和裝夾工裝

為了使異形薄壁技術在工件加工時得到更好的發揮，需要改進鑄造工藝，降低鑄造缺陷。現在使用的異形薄壁工藝，澆冒口兩端的材料缺陷較多，需要改進鑄造工藝，降低澆冒口兩端材料鑄造的缺陷。而且需要使用自動裝夾設備，減少人工裝夾偏差，提高零件的合格率，減少廢品損耗。自動裝夾設備內部有多點液壓支撐機構，可以調節液壓的壓力來調整撐緊力，控制零件變形，保證加工后的產品厚度和工藝要求，提高零件的加工精密度，提高加工效率[4]。自動液壓裝夾設備具有很好的適用性，已經被越來越多的生產企業所使用。

3.2 改進精整和切削工藝

異形薄壁技術需要對零件進行粗加工和精加工，為了提高零件的合格率，在材料進行粗加工后、精加工前增加檢查工序，檢查半成品外觀，標記材料缺陷或者缺料的部位，對整個加工面進行探傷，找出裂紋、夾砂等缺陷并進行修補，消除內應力。精加工時加大冷卻液的使用量，減少材料熱變形，讓冷卻液帶走加工熱量、發揮潤滑效果，在刀具和工件之間形成一層液膜，減少加工摩擦。

例如，使用異形薄壁去制作薄壁鋼管，傳統的異形薄壁方法做出來的鋼管的成品率較低，是因為粗加工后沒有進行檢查就直接進行精加工，這樣加工出的鋼管的內應力大，在成型的時候容易發生斷裂。而在精加工前檢查半成品，標記材料缺陷部位然后進行修補，再用磁粉探傷，顯現材料中存在的裂紋、砂眼和明顯的夾砂，采用專用焊條進行保溫焊接，消除所有缺陷和裂，檢查完全沒有問題了，再進行精加工工序，就可以消除粗加工帶來的內應力，使精加工后的材料延展性更好，提高材料的剛性。

通過增加冷凝液的使用量，合理調配乳化液的濃度，發揮冷凝液的潤滑作用，使刀具切割時候產生的熱量由冷凝液帶走一部分，減少熱變形，而且可以減小加工時刀具和材料之間的摩擦力，減少零件加工變形。

3.3 改進裝夾工藝

異形薄壁技術加工的零件往往需要精鏜孔，經常出現零件在加工后測量合格，但是松開夾具后零件尺寸發生變化，導致不合格的情況。這是因為每個操作人員的習慣不一樣，壓緊的力度也不一樣，使零件的承受力不均勻，很容易導致加工后的零件尺寸變形。為了解決此類問題，需要減少工裝與工件的接觸面積，縮小裝夾誤差，將壓緊部位定位工裝螺栓部位，留出足夠的壓緊空間，讓零件有足夠的承受力，使工裝和工件的接觸面積減小，使工件的受力更加均勻。這樣工件松開夾具后，尺寸不會發生很大的變化，可以使夾緊后的工件的合格率更高，提高工作效率。

4 結束語

異形薄壁技術越來越多地運用在生產制造領域，但是還存在許多問題：①異形薄壁的零件在加熱時容易變形，因為異性薄壁的零件厚度很薄，一般在1.5 mm 左右，容易使鋼材等在加工時發生變形曲折；②異形薄壁加工要求的精確度較嚴格，廢品損耗率較大；③異形薄壁加工的零件需要安裝到加工機上，與機器的匹配度要求較高，要求零件尺寸精確，所以裝夾難度較大。

異形薄壁加工技術可以改進零件加工的生產工藝，因此運用很廣泛。為了更好地發揮其應有的作用，需要改進異形薄壁工件加工工藝：①改進鑄造工藝，降低鑄造缺陷，并使用自動裝夾設備；②在精加工前增加工序，消除內應力，通過增加冷凝液的用量減少工件熱變形；③減小工裝與工件的接觸面積，縮小裝夾誤差。這些措施可以使異形薄壁零件更好地符合工裝需要，安裝后減少零件之間的磨損和加工過程的安全隱患。