薄壁零件的車削

提要：薄壁零件的車削加工是加工中的一個難點，如何減少零件變形是保證薄壁零件質量的關鍵。本文從工件裝夾、切削用量、刀具的幾何角度和切削液的選擇四個方面對零件變形的影響，作一些探討和分析。

關鍵詞：薄壁零件、變形、裝夾、切削用量

前言

薄壁零件的加工是車削中比較棘手的問題，原因是薄壁零件剛性差，強度弱，在加工中容易變形，使零件的形位誤差增大，不宜保證零件的加工質量。薄壁零件也因為重量輕，節約材料，結構緊湊等特點，在機械加工運用比較廣泛。有時為了一個薄壁零件的加工質量，會影響到機器的正常運轉。為此，我結合多年的工作經驗將薄壁零件的裝夾、刀具的合理選用、切削用量的選擇、切削液的選擇等等，進行一次深入的分析和探討。為以后更好地加工薄壁零件，保證質量，提供一些依據。

1.由工件裝夾引起的變形

圖1所示為套類薄壁零件。它的內外圓直徑差很小，強度當然就弱，如果在卡盤上夾的不緊，在車削時有可能使零件松動而報廢。夾緊力的大小，我采取粗車時夾緊些，精車時夾松些來控制零件的變形。我們從圖2中可以看到零件是在三爪自定心卡盤上裝夾，零件只受到三個爪的夾緊力，夾緊力不均衡，從而使零件變形。如果我們將零件上的每一點的夾緊力都保持均衡，換句話說，就是增大零件的裝夾接觸面，從而減少每一點的夾緊力。零件的變形就會好的多，如圖3所示。也就是在加工薄壁零件時，工藝上所采用的開縫套筒或扇形軟卡爪。根據物理學中的壓強公式：P=F/S可以知道，壓力一定，受力面積越大，壓強就越小。從以上的理論分析中，可以看到，增大裝夾接觸面，減少每一點

的夾緊力，這種方法是可行的。

在裝夾零件的過程中，要受到力的影響。零件形狀不同，結構不同，受力的作用點不同，都可能對零件的形狀精度產生影響。從圖2的裝夾中，我們可以清楚得看到，零件是利用徑向夾緊的。因此加工后零件的變形部位也在直徑方向。如果我們轉移夾緊力的作用點，由徑向夾緊改為軸向夾緊（圖4），我們來分析以下這種方法。

從以上計算數據我們可以看到：軸向夾緊力的正向力約為徑向夾緊力的1/6，也就是說明軸向夾緊方法有利于承載夾緊力，而不致使零件變形。

2.切削用量對薄壁零件的影響

薄壁零件車削時的變形是多方面的。裝夾工件的夾緊力，切削工件時產生的切削力，工件阻礙刀具切削時產生的彈性變形和塑性變形，使切削區的溫度升高而產生熱變形。

切削力的大小與切削用量是密切相關的。從《車工工藝學》中可以知道：背吃刀量ap，進給量f，切削速度v是切削用量的三個要素。合理選用三要素就能減少切削力，從而減少變形。一般來說，背吃刀量增加，切削力就成正比增加，而進給量增加，切削力只增加70%左右。根據切削力的近似公式，加工剛件時，切削力Fz=2000apf，也就是說切削力是系數與背吃刀量、進給量的乘積。如果背吃刀量和進給量同時增大，那么切削力也大，變形也大，對車削薄壁零件極為不利；如果減少背吃刀量，增大進給量，切削力雖然有所下降，但工件表面殘留面積增大，表面粗糙度值大，使強度不好的薄壁零件的內應力增加，同樣也會導致零件的變形。所以在粗加工時，背吃刀量和進給量可以取大些，精加工時，背吃刀量一般在0.2～0.5mm，進給量一般在0.1～0.2mm/min，甚至更小。切削速度對切削力的影響不大，但根據工件材料、工件直徑、刀具材料及角度，控制在一定范圍內，一般取V=6～120m/min。精車時盡量用高的切削速度。但要采取一定的措施，防止工件的振動，降低工件表面的粗糙度值。切削速度同時也是影響刀具的主要因素。如果切削速度高，刀具容易磨損，刀具鋒利程度減弱，也同樣會引起切削力的增加，引起零件的變形。

綜上所述，切削用量的合理選用，對薄壁零件的順利車削是十分重要的，當然影響切削力大小的因素很多，如材料的物理性能、材料的力學性能、材料的化學成分以及材料的熱處理狀態。這些因素的存在說明在車削零件的過程中不但要選擇合理的切削用量，同時還要合理選擇刀具的幾何角度。

3.合理選擇刀具的幾何角度

在薄壁零件的車削中，合理的刀具幾何角度對車削時切削力的大小、車削中產生的熱變形、工件表面的微觀質量都是至觀重要的。從《車工工藝學》中，我們可以知道，刀具的主要幾何角度對切削力的影響是很大的。刀具前角大小，決定著切削變形與刀具前角的鋒利程度。前角大，切削變形和摩擦力減小，切削力減小，刀具散熱情況差，磨損加快。一般車削鋼件材料的薄壁零件時，用高速鋼刀具，前角取5°～30°；車削鑄鐵時，前角取0°～10°；用硬質合金刀具，前角取5°～20°。精車時取較大前角，粗車時取較小前角。工件材料強度好、硬度高取較小前角，反之取較大前角。

刀具的后角大小，決定著刀具后面與工件表面的摩擦情況。后角大，摩擦力小，切削力也相應減小，但后角過大也會使刀具強度減弱。在車削薄壁零件時；用高速鋼車刀，刀具后角取6°～12°；加工鑄鐵類薄壁件，后角取6°～8°；用硬質合金刀具時，后角取4°～12°。精車時可取較大的后角，粗車時取較小的后角。

刀具主偏角的大小，決定著軸向切削力和徑向切削力的分配情況。 主偏角增大，徑向切削力減小，而軸向切削力增大；反之徑向切削力增大，軸向切削力減小。 主偏角一般在75°～90°范圍內。車削薄壁零件的內外圓時，取大的主偏角為好。

刀具副偏角的大小，影響著刀具和已加工表面間的摩擦情況及工件表面粗糙度值的大小。車薄壁零件時，副偏角一般取 8°～15°。粗車時取較大的副偏角，精車時取較小的副偏角。

4.切削液對薄壁零件的影響

在車削過程中，由于切削變形和切屑、刀具、工件間的摩擦，產生大量的熱，它傳到刀具上，使刀具的硬度降低，加速刀具磨損，使工件表面粗糙度值提高；它傳到工件上，使工件產生熱變形。切削熱的存在，對車削薄壁零件十分不利。在車削過程中充分使用切削液不僅減小了切削力，刀具的耐用度得到提高，工件表面粗糙度值也降低了。同時工件不受切削熱的影響而它的加工尺寸和幾何精度發生變化，保證了零件的加工質量。

結束語：

以上是我在加工薄壁零件的過程中，針對所出現的問題采取的一些措施，以及分析了這些措施的可行性。當然，加工薄壁零件除了上述的幾種情況外，在加工中還可以利用一些輔助支承、液塑心軸等工裝夾具。歸根結底正確掌握薄壁零件的安裝和夾緊，減少加工中的變形，是解決車削薄壁零件的關鍵。