浅析机械加工薄壁零件的精度的影响因素

摘要：薄壁零件也叫薄壳零件。这类零件的壁厚和它的径向或轴向尺寸比较，相差悬殊，一般为几十倍或上百倍，因此工件的刚性较弱，给车削加工带来一定的困难。薄壁零件的加工方法很多，如板料冲压，滚压焊接、爆炸成型等，但对一些截面比较复杂而尺寸精度和表面粗糙度要求较高的薄壁零件，有时则必须用车削方法加工。本文主要探讨车削加工薄壁零件的精度的影响因素。

关键词：车削加工；薄壁零件；影响因素

薄壁零件的壁厚不足其孔的1/15，因此刚性较差。但是薄壁零件质量轻、节省材料、占位空间少，故仍广泛应用于不同行业。由于薄壁零件本身刚性差，车削时装夹困难，极易产生变形，而且影响的因素又是多方面的，如夹紧力、切削力、切削热、弹性恢复变形等。所以车削薄壁零件须解决的首要问题是减少零件的变形，特别是夹紧和切削所造成的变形。

1.薄壁零件的加工特点

车削薄壁零件时，由于工件的刚性差，在车削过程中，可能产生以下现象：1）因工件壁薄，在夹紧力的作用下容易产生变形，从而影响工件的尺寸精度和形状精度。工件在三爪卡盘上夹紧后，在夹紧力的作用下，会略微变形，变成三边形，但车孔后得到的是一个圆柱孔，当松开卡爪后，在弹性恢复的作用下，外圆恢复成圆柱形，而内孔变成了弧形三边形。若用内径千分尺测量，各个方向的直径相等，但内孔已发生变形不再是圆柱面，这种变形称为“等径变形”。2）因工件较薄，切削热会引起工件的热变形，使工件尺寸难以控制。对于线膨胀系数较大的金属薄壁工件，在半精车和精车的一次安装中连续车削，所产生的切削热将引起工件的热变形。3）在切削力（特别是径向力）的作用下，容易产生振动和变形，影响工件的尺寸精度、形位精度和表面粗糙度。4）测量时工件承受不了千分尺或百分表的测量压力，可能出现较大的测量误差，甚至因测量不当而造成废品[1]。

2.车削加工薄壁零件的精度的影响因素

因工件较薄，切削热会引起工件热变形，从而使工件尺寸难以控制，对于线胀系数较大的金属薄壁工件，如在一次安装中连续完成半精车和精车，由切削热引起工件的热变形，会对其尺寸精度产生极大影响，有时甚至会使工件卡死在夹具上。在切削力（特别是径向切削力）的作用下，容易产生振动和变形，影响工件的尺寸精度、形状、位置精度和表面粗糙度。切削用量对薄壁零件的影响薄壁零件车削时的变形是多方面的。装夹工件时的夹紧力，切削工件时产生的切削力，工件阻碍刀具切削时产生的弹性变形和塑性变形，使切削区温度升高而产生热变形。切削力的大小与切削用量是密切相关的[2]。背吃刀量n。，进给量厂，切削速度%是切削用量的三个要素。合理选用三要素就能减少切削力，从而减少变形。一般来说，背吃刀量增加，切削力就成正比增加，而进给量增加，切削力只增加70%左右。根据切削力的近似公式，加工钢件时，切削力是系数与背吃刀量、进给量的乘积。如果背吃刀量和进给量同时增大，那么切削力也增大，变形也大，对车削薄壁零件极为不利；如果减少背吃刀量，增大进给量，切削力虽然有所下降，但工件表面残留面积增大，表面粗糙度值大，使强度不好的薄壁零件的内应力增加，同样也会导致零件的变形。所以在粗加工时，背吃刀量和进给量可以取大些；精加工时，背吃刀量一般在0.2～0.5mm，进给量一般在0.1～0.2mm/r，甚至更小。切削速度对切削力的影响不大，精车时尽量用高的切削速度。但要采取一定的措施，防止工件产生共振，从而增大工件的表面粗糙度值。切削速度同时也是影响刀具耐用度的主要因素，如果切削速度高，刀具容易磨损，刀具锋利程度减弱，也同样会引起切削力的增加，引起零件的变形[3]。

3.薄壁工件的装夹方法

针对薄壁工件加工时易出现的问题，合理选择装夹方法、刀具几何角度、切削用量以及充分加注切削液，都是保证薄壁工件加工精度的关键。常用的装夹方法有以下几种。

3.1.使用开缝套筒装夹。使用开缝套简装夹薄壁工件，可以增大装夹时的接触面积，使夹紧力均匀地分布在工件表面上。

3.2.使用扇形软卡爪装夹

使用特制的扇形软卡爪装夹薄壁工件，可以增大装夹时的接触面积，使夹紧力均匀地分布在工件表面上。使用前，应在卡爪下装夹相应的圆形工件，将卡爪车削成形。

3.3.使用轴向夹紧夹具装夹。使用轴向夹紧夹具装夹薄壁工件。

4.防止和减少薄壁工件变形的方法

4.1.工件分粗、精车阶段粗车时，切削余量较大，夹紧力要大些，变形也相应大些；精车时，夹紧力可稍小些，一方面夹紧变形小，另一方面精车时还可以消除粗车时因切削力过大而产生的变形。

4.2.合理选用刀具的几何参数精车薄壁工件时，刀柄的刚度要求高，车刀的修光刃不宜过长（一般取0.2～0.3mm），刃口要锋利。在加工完后，可安排整形工序。

4.3.增加装夹接触面采用开缝套筒或一些特制的软卡爪，让夹紧力均匀分布在工件上，从而使工件在夹紧时不易产生变形。

4.4.采用轴向夹紧夹具车削薄壁工件时，尽量不使用径向夹紧方法，而优先选用轴向夹紧方法[4]。工件靠轴向夹紧套（螺纹套）的端面实现轴向夹紧，由于夹紧力F沿工件轴向分布，而工件轴向刚度大，不易产生夹紧变形。

4.5.增加工艺筋有些薄壁工件在其装夹部位特制几根工艺筋，以增强此处刚性，使夹紧力作用在工艺筋上，以减少工件的变形，加工完毕后，再去掉工艺筋。在车削过程中，由于切削变形和切屑、刀具、工件间的摩擦，产生大量的热，它传到刀具上，使刀具的硬度降低，加速刀具磨损，使工件表面粗糙度值提高；它传到工件上，使工件产生热变形。切削热的存在，对车削薄壁零件十分不利。

结论

在车削过程中充分使用切削液不仅减小了切削力，刀具的耐用度得到提高，工件表面粗糙度值也降低了。同时工件不受切削热的影响而使它的加工尺寸和几何精度发生变化，保证了零件的加工质量。加工薄壁零件除了采取以上措施外，在加工中还可以利用一些弹性卡圈、辅助支承、芯轴等工装夹具。

参考文献：

[1] 刘一聪. 薄壁零件的数控加工策略[J]. 企业技术开发，2011（11）.

[2] 赵敏颖. 浅谈模具薄壁零件的加工方法[J]. 模具制造，2011（08）.

[3] 杨明珠，李涛. 数控加工编程中的工艺处理[J]. 机械，2008（11）.

[4] 徐玉海. 薄壁衬套车削研究[J]. 黑龙江科技信息，2010（01）.