薄壁件加工工艺优化技术研究

【摘要】薄壁件由于具有重量轻、节省材料及结构紧凑等诸多优势，目前已广泛应用于对重量有严格要求的航天航空、汽车制造等领域。但是，由于薄壁件强度低、抗变形能力差，因此要保证加工精度比较困难。本文主要通过对可能使薄壁部件在加工过程中产生变形的因素进行分析，进而提出相应的预防变形的措施以优化加工工艺减小变形。

【关键词】薄壁零件；加工工艺；变形；优化

1、前言

航天航空、汽车制造等领域对产品的重量有严格要求。为了减重，现在都开始大规模采用薄壁部件。但是由于薄壁部件耐压、抗变形能力较差，因此加工过程中容易出现变形使加工精度达不到要求。为了解决这个难题，本文将首先分析薄壁件加工变形的原因，进而提出相应解决措施。

2、薄壁零件加工变形的原因

薄壁零件的加工难度大，容易产生变形。造成其加工变形的原因有很多，具体而言主要有以下几个方面的因素：

2.1装夹变形

考虑到薄壁零件本身刚度强度较低，如果装夹方式或装夹位置不对，容易使装夹部位发生变形。这在一定程度上会使加工精度受到影响。因此，必须选择优化合理的装夹方式。

2.2切削变形

2.2.1切削力变形

切削力引起的变形也比较普遍，这主要表现在加工过程中的振动和挤压变形。为了降低切削力变形，在加工之前一定要选择合适的刀具，并对相关参数进行调整以尽量减少对薄壁零件的影响。

2.2.2切削热变形

薄壁零件由于本身质轻壁薄的特点，吸热快容易发生热变形。这造成在加工过程中很难掌握尺寸进行精确加工，使加工质量达不到要求。因此在加工时一定要注意消除切削热的影响。

2.2.3残余应力变形

零件在加工过程中受热变形，冷却后就容易产生内应力。内应力会造成成型零件的变形，考虑到薄壁零件的强度较低，这种变形情况更加严重。为了尽量消除内应力的影响，需要对成型薄壁零件进行回火热处理，以降低残余应力变形。

3、薄壁零件加工变形的控制

通过以上对引起薄壁零件变形的原因进行分析，我们发现可以从以下几个方面来控制薄壁零件加工过程中的变形情况：

3.1控制装夹变形的方法

3.1.1扇形软爪应用

为了减小装夹变形，可以从增大装夹接触面积着手进行优化。例如可以采用扇形软爪装夹装置代替普通夹具。这种装夹装置通过加宽三爪卡盘与零件的接触面，同时使其与装夹面配车来降低装夹变形。由于零件加工时与夹具充分接触，受力均匀同时同心度较好，因此能减小变形。但是这种控制变形的方法作用有限，只适用于部分薄壁零件的加工。

3.1.2轴向夹紧装置

考虑到薄壁零件的轴向刚度一般比径向刚度大，因此可以通过将装夹位置改成轴向来达到减小装夹变形的目的。同时，零件的轴向夹紧力比径向相对要小，只需很小的力就可以实现可靠装夹，这进一步减小了装夹变形。

3.2控制切削变形的方法

3.2.1刀具的选择

刀具对零件的加工质量具有重要影响。不同材质的刀具的加工效果一般不会一样。就是同一把刀，其加工能力也受刀具前角、刀具后角及主偏角等众多参数的影响。通过实验发现，对刀具的切削力及切削温度影响较大的主要是刀具的前角。在一定范围内，前角越大，切削力和切削温度就越低。因此，为了控制薄壁零件的切削变形，在刀具强度及耐用性得到满足的情况下，可以采用前角及后角较大的刀具对其进行加工。

3.2.2切削参数的选择

（1）切削速度的选择

切削速度的大小会对切削力产生影响，进而引起切削过程中的振动，由此造成零件的加工变形。考虑到薄壁零件的强度刚度较低，为了减小切削振动、降低加工变形，可以在一定程度上提高零件的切削速度。

（2）切削深度的选择

切削深度也是加工过程中的一个重要参数。切削深度过大，则切削阻力增大，切削振动加剧，使零件变形严重；反之，切削深度过小，虽然可以降低振动、减小加工变形，但是切削过程缓慢，影响加工效率。此外薄壁零件的具体材质及其他加工参数也会对切削深度有影响。因此，要综合考虑这些因素进行选择。

（3）进给速度的选择

进给速度同样会对切削力产生影响，而且这种影响是正相关的。与切削深度一样，也要根据具体的加工对象及加工参数才能合理确定。

3.2.3切削液的选择

零件在机械加工过程中不可避免的要产生大量的热量。这些热量如果不能得到及时散出，将会使零件吸热变形，从而影响加工精度。考虑到切削液不仅能够冷却被加工零件、带走大量切削热、减小切削阻力及改善切削性能，而且还可以冲走加工过程中的碎屑，起到清洁作用。因此，应该对其进行合理选择。但是，由于目前切削液的种类较多，适用条件及功能作用各有差异，需要根据加工对象的具体材质及加工方式进行选择。

3.3控制残余应力变形

零件在加工时受热、变形不均，在冷却时就容易出现残余应力变形的情况。薄壁零件由于强度低，受残余应力影响更为明显。为了消除这种影响，在加工时可以采用分步加工、分步去应力的方式。例如，在对零件完成粗加工后，马上进行残余应力消除处理，随后再进行半精加工或精加工。这样，经过每次加工前的应力消除处理，使残余应力不会得到累积，从而最大程度降低零件的应力变形。

参考文献

[1]姚荣庆.薄壁零件的加工方法[J].机床与液压，2007（08）

[2]郑作涛，周亮.薄壁零件加工工艺研究[J]，吉林工程技术师范学院学报，2011（08）.