薄壁零件裝夾變形原因與控制

周維穎 谷伯煥 胡耀秦

精密薄壁零件是目前制造業發展的一個重要方向，薄壁零件的裝夾是其生產制造中的一個重要環節，但由于工藝不合理，對薄壁零件認識不夠等因素造成的裝夾變形時有發生。該文分析了薄壁零件裝夾變形的產生原因，并提出了一些控制對策。

薄壁零件；裝夾變形；原因；對策

薄壁零件的加工變形，一直是機械加工制造業的一個難題，很多國內外學者都對薄壁零件的加工變形問題進行了分析了研究，使得薄壁零件的加工技術有了一定的突破。實際工作中，要想通過合理的對策解決薄壁零件的加工變形問題，就要首先認清產生變形的原因。

1.薄壁零件裝夾變形的成因及區分

薄壁零件出現變形有很多的原因：在設計零件的過程中，不僅要考慮零件設計結構的工藝性，還要提高零件結構的剛性，防止在加工中出現變形；盡可能保證零件結構對稱、薄壁厚度均勻；選擇毛坯時，最好選擇沒有內應力的原材料。在制造系統中，零件加工變形的主要因素有：

工件的裝夾條件。由于薄壁零件的剛性比較差，加工時不恰當的選擇央緊力與支承力的作用點，導致附加應力；夾、壓的彈性變形會一定程度上影響零件表面的尺寸精度和形狀、位置精度，導致變形。

加工殘余應力。在零件加工過程中，由于刀具對已加工面的擠壓、刀具前刀面與切屑、后刀面與已加工表面之間的摩擦等綜合作用，導致零件表層內部出現新的加工殘余應力。由于不穩定的殘余應力的存在，一旦零件受到外力作用，零件就會在外力與殘余應力的作用下產生局部塑性變形，重新分配截面內的應力，去除外力作用后，零件就會受到內部殘余應力的作用出現變形。這種由于切削過程中殘余應力的重新分布，造成的零件的變形，會嚴重影響加工質量。

切削力和切削熱、切削振動。為了避免被加工材料產生彈性變形、塑性變形以及刀具與切屑和工件之間的摩擦，切削過程會產生切削力和切削熱，在兩者作用下，很容易導致零件振動和變形，進而影響零件的質量。另外，造成零件變形的影響因素還有機床、工裝的剛度，切削刀具及其角度、切削參數和零件冷卻散熱情況等。其中造成零件變形的主要因素是切削力、夾緊力以及殘余應力。

2.控制零件變形的工藝措施

由于零件的整體剛性在加工薄壁零件過程中隨著零件壁厚逐漸減小，零件的剛性也會降低，進而導致加工零件的變形增大。因而，在對零件進行切削過程中，最大程度地利用零件的未加工部分，支撐正在切削部分，保證切削時處在最佳剛性狀態。如：腔內有腹板的腔體類零件，在加工過程中，銑刀以螺旋線方式從毛坯中間位置下刀進而降低垂直分力對腹板的壓力，從深度方向銑到尺寸，再從中間擴張到四周至側壁。如果內腔深度很大，根據上面的方法進行多層加工。這種方式能夠盡可能的降低切削變形，減少了由于零件剛性的降低而出現的切削振動現象。

采用輔助支撐。在加工薄壁結構的腔類零件過程中，控制零件的變形就要首先解決由于裝夾力造成的變形。因而，可利用腔內加膜胎(橡膠膜胎或硬膜胎)的方式來增加零件的剛性，避免零件在加工過程中出現變形；另外，還可以采用填充法石蠟、低熔點合金等工藝方法，來增加零件的支撐．從而減小變形、提高零件的精度。

設計工藝加強筋，提高剛性。對于薄壁零件來說，為了減少變形，可以增加零件的工藝筋條，從而達到加強剛性的目的，這是工藝設計中避免變形的提高剛性常用的手段之一。如在加工長槽過程中，在圓支管右端上下二槽口留3mm加強筋，進行消除零件內部應力處理，用線切割的方式去掉加強筋，最后利用心軸進行校形。這種方式加工的零件，能夠最大限度的保證變形在可控制的設計精度范圍內。

對稱分層銑削。均勻釋放應力，對稱釋放毛坯初始殘余應力，是有效減小零件的加工變形的又一方法。在處理厚度兩面都需要加工的板類零件，可以通過上下兩面消除余量均等的原則，施行輪流加工處理，即在上平面去除一定的余量，然后在另一面中也去除相同的余量。在零件加工過程，遵循余量依次遞減的原則，輪流的次數越多，其相應釋放的應力就會越徹底，零件的變形程度就會越小。

刀具下刀方式的優化。刀具下刀方式能夠直接影響零件的加工變形。如垂直進刀方式，對腹板有一定程度的向下的壓力，會造成腹板的彎曲變形；而水平進刀方式，對側壁有一定程度的擠壓作用，如果刀具剛性不足就會造成讓刀，影響加工精度。

總而言之，通過上文的分析，了解了造成薄壁零件變形的原因，即分為應力釋放變形和受力釋放變形。基于此，文章提出了有效的控制薄壁零件變形的方法—選擇合理的防變形裝夾技術以及數控高速加工優化工藝流程等。同時，還可以根據零件的結構，采用有效的工藝措施和方法，如工序的合理安排，走刀路線的優化等，有效的控制了薄壁零件的變形。

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