薄壁类零件车削加工的优化设计

摘 要：薄壁零件在切削力作用下，容易引起变形。通过对薄壁类零件的加工分析，提出解决方法或技巧，保证薄壁类零件加工的各项技术指标达到要求。

关键词：薄壁零件 夹具 变形

中图分类号：TG51 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2013）02（c）-0084-02

常见的采用车削加工工艺的薄壁零件可分为套类薄壁件、环类薄壁件、盘类薄壁件、板类薄壁件、特种型类薄壁件等。由于这类零件质量轻、用料少、结构紧凑，在机械产品中越来越被重视，应用也越来越广泛。但薄壁零件的刚性较差，在切削力的作用下，容易引起热变形和产生振动变形，影响到工件的精度和表面粗糙度，加工质量不易保证，因而其加工成了行业内的棘手问题。本文就薄壁零件车削加工中常出现的问题、解决办法以及加工工艺进行了一些探讨。

1 薄壁零件加工分析

车削薄壁零件的主要问题是壁薄和易变形，而产生变形的主要因素是切削力、夹紧力、切削热和残余应力。主要体现在以下几个方面。

（1）切削过程中受车削挤压与牵引导致工件变形。

（2）由于薄壁零件刚性低，在切削过程中易产生振动和变形。

（3）薄壁类零件体积小，总的热容量小，温度容易升高和变形。

（4）当每切除一层金属层时，由于应力释放，而引起变形。

（5）装夹时由于径向夹紧力的作用，从而引起变形。

（6）相对位置调整不准，产生壁厚不均，引起工件几何形状变化或变形。

（7）刀具选用不当影响零件的精度和表面粗糙度，造成零件变形。

（8）其他因素引起变形，如机床振动等。

2 解决方法或技巧

薄壁零件在车削加工过程中，主要是受到切削力、夹紧力、切削热和残余应力等因素影响而极易产生变形，所以其难点就是如何防止和减小工件的变形，可以通过以下几种方法有效改善加工变形。

2.1 优化装夹方案

薄壁工件在装夹中的位置受夹紧力的影响会使工件相对于刀具的位置发生改变。如用普通三爪自定心卡盘装夹时，由于夹紧力的作用零件会发生变形（变成三角形），导致内孔加工余量出现不均匀；当内孔加工完成后，松开卡盘，零件由于弹性恢复，恢复为圆柱形，而已加工的圆形内孔会变成弧形或三角形，从而产生很大的变形而无法保证加工精度。如图1所示。

据了解，25%～50%的加工误差是由装夹引起的，因此通过优化装夹方案来减小装夹引起的弹性变形是提高加工精度和生产效率的重要途径。

（1）采用扇形软卡爪装夹。

采用扇形软卡爪装夹薄壁工件，可以增大装夹时夹持接触面积，使夹紧力均匀分布在工件夹紧面上，有效减少薄壁套夹紧变形。

（2）采用芯轴装夹。

芯轴装夹是将工件变形的轴向夹紧力改为径向夹紧力，且径向夹紧力由内向外分布，防止装夹变形。

（3）采用开口套装夹。

用开口套将三爪卡盘的三点夹紧改变为整圆抱紧，三爪卡盘夹持开口套使其变形并均匀地抱紧薄壁工件后再车削内孔。夹持开口夹套时要使开口在两夹爪的中间位置。

（4）采用真空吸附夹具。

薄壁零件有些壁厚很薄，用卡爪夹持的方法，不能控制其变形，这个时候可以采用真空吸附夹具来进行夹持，不过要求薄壁零件本身没有通孔。

2.2 选择合理的刀具几何参数，减小工件变形

2.3 选择合理的切削方向，减小工件变形

刀具横向夹紧在刀架上，刀尖去除毛刺即可，刀具由中心向外切削。此种切削方向比较合理，会减小工件变形。

2.4 选择合理的切削用量，有效避免薄壁工件变形

2.5 释放变形应力，保证工件质量

薄壁零件的车削一般应把粗车和精车加工分开进行。粗车过后，增加半精车，并在半精车后加热进行退火处理，可减小其内应力，并释放内力，减小工件变形，保证工件质量。在精车前松动一次夹紧，或调整一下工件位置后再夹紧，可以减小外应力，改善薄壁工件变形，从而保证工件质量。

2.6 选择合理的切削液，防止工件变形

选择比热容大、黏度小、流动性好的切削液，如选择柴油为冷却液，既能降低工件的表面粗糙度，同时又能吸收大量的热量，降低切削温度，防止工件变形。

2.7 合理选择刀具，提高工件质量

精车薄壁零件孔时，刀具刃口要锋利，刀杆的刚度要高，修光刃不宜过长，否则会影响工件表面粗糙度。车削高强度材料的薄壁时，一定要注意刀具逐渐磨损而使工件孔径出现锥度，影响工件精度。

2.8 改进机床，减小夹紧力，减少工件变形

利用变频器对机床电路进行改进，使机床实现慢启动，这样薄壁零件可在很小的夹紧力下夹持，防止薄壁零件在加工过程中变形。

3 结语

薄壁类零件在机电类产品中应用越来越多，对产品的质量要求也越来越高，通过对上面的方法分析和技巧讨论，保证了工件的尺寸及加工精度，同时降低生产成本，提高生产效率，解决了行业中的棘手问题。

参考文献

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