淺析薄壁零件的車削

摘要：薄壁零件由于剛性差，加工時容易引起變形，影響零件的加工精度。本文通過分析薄壁零件在加工過程中可能出現的情況，探討減小薄壁零件變形的方法。

關鍵詞：薄壁 變形

目前，薄壁零件以其重量輕、結構緊湊等特點大量應用于各個行業，尤其在模具、航空航天和汽車工業等領域應用更為廣泛。但是由于薄壁零件的剛性較差，在車削過程中極易產生變形，不易保證零件的加工質量。本文通過對薄壁零件在車削過程中可能出現的現象進行分析，探討減小薄壁零件變形的方法。

一、薄壁零件加工時的現象分析

影響薄壁零件加工精度的因素有很多，歸納起來主要有以下幾個方面：

1.受力變形

薄壁零件在車削過程中由于工件內部可能存在的內應力及由于夾緊力不均勻而產生的夾緊外應力的共同作用下易使薄壁零件產生變形（見圖1），從而影響零件的尺寸精度和形狀精度。例如，用三爪卡盤夾緊薄壁外圓，車削完成卸下后，被卡爪夾緊部分會因彈性變形而導致零件呈多角形。為了減小變形，使用前車削扇形軟卡爪內孔及內端面并符合零件定位外圓尺寸的0.05mm，且保持內孔與端面垂直，同時采用外加開口套筒或改用特殊軟爪等措施來增大接觸面積，使夾緊力均勻分布。

2.受熱變形

因工件較薄，車削過程中產生的切削熱易引起工件熱變形，使工件尺寸難以控制，對于薄壁零件，十分有害。

3.振動變形

在切削力（特別是徑向切削力）的作用下，車削時很容易產生振動和變形，從而影響工件的尺寸精度、形狀、位置精度和表面粗糙度。

在切削過程中，徑向切削力會使工件在徑向產生彈性變形和振動。圖2所示為車削薄壁套筒零件的示意圖，工件裝在心軸上。由于工件中間部分剛性較差，車削過程中彈性變形大，工件呈現中間厚兩端逐漸變薄的曲面形狀。

二、減小薄壁零件變形的方法

根據薄壁零件的特點和要求選擇合理的工藝方案，這是保證薄壁零件加工質量的關鍵，同時要從防止變形和保證精度出發去設計加工工藝。

1.通過熱處理消除內應力

薄壁零件的毛坯一般是鍛造、鑄造和鋼板滾壓焊接件，有較大的內應力，這種內應力的存在，將直接導致工件的變形。所以，在車削前，須對毛坯進行退火或正火處理，有的零件在粗加工后，還須對零件進行調質或時效處理，從而改善零件的切削性能，以利于工件的切削加工及減小工件變形。

2.工件分粗車和精車

薄壁零件的車削一般應把粗車和精車加工分開進行。粗車時，工件的余量大，吃刀量大，工件的變形量大，將粗、精車分開進行，可消除粗車時由于切削力過大而產生的變形，粗車后進行調質或時效、退火等處理，減小其內應力。有些零件形狀復雜，精度要求高，需要在粗車和精車之間增加半精車工序，使粗加工產生的變形逐漸得到修正，幾何形狀和尺寸精度逐步得到提高。

3.合理選擇裝夾方案，增加裝夾接觸面

可采用開縫套筒和特制的軟卡爪，增大裝夾時的接觸面積，使夾緊力均勻分布在工件上，避免工件由于夾緊力而產生的變形（見圖3）。

（1）采用開縫套筒：用三爪卡盤夾持開縫套筒。三爪卡盤由三點夾緊變為整圓抱緊，使其不變形并均勻抱緊薄壁套后再車削內孔。

（2）采用特制的軟卡爪裝夾：改裝三爪卡盤的三個卡爪，在三個通用卡爪上焊接大弧形軟爪，增大夾持面積，減小薄壁套的夾緊和車削變形。

4.選擇合理的刀具幾何角度

（1）刀具前角的選擇。刀具前角影響刃口的鋒利程度和強度，影響切削變形和切削力。前角大，使車刀刃口鋒利，減小切削變形，使切削省力。但前角過大，會降低刀尖強度，刀具散熱情況變差，磨損加劇。一般車削鋼類材料的薄壁零件時，采用高速鋼刀具，前角取5°～30°，車削鑄鐵類薄壁零件時，前角取0°～10°，若采用硬質合金刀具，前角可取5°～20°。粗車時為提高刀尖強度，取較小前角，精車時為減小切削力可取較大前角。

（2）刀具后角的選擇。刀具后角影響刀頭強度及刀具后刀面和工件切削表面間的摩擦情況。后角太大，會降低切削刃和刀頭的強度，后角太小，會增加后刀面與工件表面的摩擦。一般車削鋼類材料的薄壁零件時，采用高速鋼刀具，后角取6°～12°，車削鑄鐵類薄壁零件時，后角取6°～8°，若采用硬質合金刀具，后角可取2°～12°。粗車取較小后角，精車時可取較大后角。

（3）刀具主副偏角的選擇。刀具主偏角決定著軸向切削力和徑向切削力的大小。主偏角增大則徑向切削力減小，軸向切削力增大。主偏角一般取30°～90°。車削薄壁零件時，為降低徑向切削力的影響，應取大的主偏角。

刀具副偏角決定著刀具和已加工表面間的摩擦情況及加工表面的粗糙度。減小副偏角，可減小工件的表面粗糙度。車薄壁零件時，副偏角一般取8°～15°。粗車取較大副偏角，精車取較小副偏角。

5.合理選擇切削用量

粗加工時，為迅速去除大部分余量，采用快進給、大切深，可采用較大的背吃刀量和進給量；精加工時，為保證零件的加工精度，采用快轉速，慢進給，背吃刀量一般在0.2～0.5mm，進給量一般在0.1～0.2mm/r，甚至更小。切削深度和走刀量不宜過大，否則稍遇振動極容易產生“軋刀”，減小切削時的吃刀力將會大大減小工件變形。

6.選擇合適的切削液

采用合適的切削液，可以改善散熱條件，降低刀具和工件的溫度，并可減小刀具、切屑、工件間的摩擦，從而減小切削力，防止工件因熱變形而產生的加工誤差，同時可提高刀具的耐用度及改善工件表面的粗糙度，有效保證工件的加工精度。

總之，通過合理地設計工藝路線，選擇合適的夾具，合理的刀具角度、切削用量及切削液，能有效保證薄壁工件的加工質量。

參考文獻：

［1］勞動和社會保障部教材辦公室.車工工藝學.北京：中國勞動和社會保障出版社.2000.

［2］《機械加工技術手冊》編寫組.機械加工手冊[M].北京：北京出版社.1989.

（作者單位：湖南化工職業技術學院）