如何提高薄壁零件加工质量

张琦

【摘要】薄壁零件已广泛地应用在各工业部门，但薄壁零件的加工是车削中比较棘手的问题，原因是薄壁零件刚性差，强度弱，在加工中极容易变形，使零件的形位误差增大，不易保证零件的加工质量。针对影响加工薄壁零件精度不高等因素，分析了如何提高薄壁零件的加工精度，以下给出了解决问题的具体方法。

【关键词】薄壁零件 加工 精度等

一、提高薄壁零件加工质量的重要性

薄壁零件的加工是车削中比较棘手的问题，原因是薄壁零件刚性差，强度弱，在加工中极容易变形，使零件的形位误差增大，不易保证零件的加工质量。为此对工件的装夹、刀具几何参数、程序的编制等方面进行试验，有效地克服薄壁零件加工过程中出现的变形，保证了加工精度，为今后更好的加工薄壁零件提供了好的依据及借鉴。

二、薄壁零件加工工艺分析

薄壁零件加工的最大瓶颈是壁薄和易变性，而影响变形的因素有很多，具体体现在以下几个方面：

（1）装夹引起变形，由于径向夹紧力的作用，从而影响工件与形状精度。

（2）切削过程中受车削挤压与牵引导致工件变形。

（3）由于工件刚性差，在切削过程中易产生振动和变形，影响工件尺寸精度、形状、位置精度和表面粗糙度。

（4）其他因素引起变形，如机床振动等。

三、解决方案及加工工艺技巧

（一）装夹方式的改变

控制加工变形是保证薄壁零件加工质量的关键。其中装夹方案是重要的一项。

夹具的主要作用是通过合理布置夹具和支撑块的位置及合适的夹紧力，在加工过程中对工件进行定位、约束和支撑。通过优化装夹方式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。

图1所示为套类薄壁零件。它的外圆直径差很小，强度弱，如果在卡盘上夹紧用力过大，就会使薄壁零件产生变形，造成零件的圆弧度误差。如果在卡盘上夹得不紧，在车削时有可能使零件松动而报废。夹紧力的大小，我们采取粗车时夹紧，精车时夹松些来控制工件变形。

从图2中可以看到零件是在三爪自定心卡盘上装夹，零件只受到三个爪的夹紧力，夹紧力不均衡。如果将零件上的每一点的夹紧力都保持均衡，换句话说，就是增大零件的装夹接触面，而减少每一点的夹紧力。如图3所示，采用开缝套筒或扇形软卡爪，通过试验证明：后一种方法夹紧，零件的变形小，方法可行。如果我们转移夹紧力的作用，如图4所示，由径向夹紧改为轴向夹紧，零件的变形很小，也可以说明轴向压紧方法有利于承载夹紧力，而不致使零件变形。

（二）选用合理的切削用量

切削力的大小与切削用量密切相关。从《金属切削原理》中可以知道：背吃刀量ap，进给量f，切削速度v是切削用量的三个要素。在试验中发现：①背吃刀量和进给量同时增大，切削力也增大，变形也大，对车削薄壁零件极为不利。②减少背吃刀量，增大进给量，切削力虽然有所下降，但工件表面殘余面积增大，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。

（三）合理选择刀具的几何角度

在薄壁零件的车削中，刀具前角的大小，决定着切削变形与刀具前角的锋利程度。前角大，切削变形和摩擦力减小，切削力减小，但前角太大会使道具的楔角减小，刀具强度减弱，刀具散热情况差，磨损加快。所以，一般车削钢件材料的薄壁零件时，用高速钢刀具，前角取6-30°，用硬质合金刀具，前角取5-20°。主偏角在30°-90°范围内、车薄壁零件的内外圆时，取大的主偏角。副偏角取8°-15°，精车时取较大的副偏角，粗车时取较小的副偏角。

（四）切削液对薄壁零件的影响

用高速钢刀具粗加工时，以水溶液冷却，主要降低切削温度;精加工时，中、低速精加工时，选用润滑性能好的极压切削油或高浓度的极压乳化液，适当提高其润滑性能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。

（五）薄壁零件的车削加工技巧

薄壁零件的车削一般把粗车和精车加工分开进行，可消除粗车时切削力过大而产生的变形，当使用同一基准、一次装夹完成工件半精车与精车加工时，应用开口套筒及专用扇形软卡装夹薄壁工件，可增大装夹接触面积，使夹紧力均匀分布在薄壁工件上，以减少工件的变形。在精车前松开工件，并把它稍微转动一下，使它恢复到自由状态。

工艺方法：首先粗车端面、外圆和内孔，车削长度大于工件长度：松动一次三爪，半精车端面、外圆和内孔;其次在外圆上按工件长度车一个槽，注意槽的底径要大于精车后工件的内孔直径;最后再沿槽切断。用这种方法车削薄壁零件，变形情况大为减小，其原因就是车出得槽使工件释放出了夹紧力不均而产生的外应力，使精车时，工件处于无应力变形状态，接近自由状态，车断后工件仍然保持车削时的形状和尺寸精度

以上是我在加工薄壁零件过程中，针对所出现的问题采取的一些措施，以及分析了这些措施的可行性。当然加工薄壁零件除了上述分析的几种情况外，在加工中还可以利用一些施工圈、辅助支承、等工装夹具。减少加工中的变形，是解决车削薄壁零件的关键。

通过实践，按上述工件装夹方法和加工技巧手段，对加工后薄壁零件进行检测，从中可知采用以上方法保证了工件的尺寸及加工精度，同时降低了成本，提高了生产效率，保证了产品质量，为企业生产取得良好的经济效益。