淺析機械加工薄壁零件的精度的影響因素

摘要：薄壁零件也叫薄殼零件。這類零件的壁厚和它的徑向或軸向尺寸比較，相差懸殊，一般為幾十倍或上百倍，因此工件的剛性較弱，給車削加工帶來一定的困難。薄壁零件的加工方法很多，如板料沖壓，滾壓焊接、爆炸成型等，但對一些截面比較復雜而尺寸精度和表面粗糙度要求較高的薄壁零件，有時則必須用車削方法加工。本文主要探討車削加工薄壁零件的精度的影響因素。

關鍵詞：車削加工；薄壁零件；影響因素

薄壁零件的壁厚不足其孔的1/15，因此剛性較差。但是薄壁零件質量輕、節省材料、占位空間少，故仍廣泛應用于不同行業。由于薄壁零件本身剛性差，車削時裝夾困難，極易產生變形，而且影響的因素又是多方面的，如夾緊力、切削力、切削熱、彈性恢復變形等。所以車削薄壁零件須解決的首要問題是減少零件的變形，特別是夾緊和切削所造成的變形。

1.薄壁零件的加工特點

車削薄壁零件時，由于工件的剛性差，在車削過程中，可能產生以下現象：1）因工件壁薄，在夾緊力的作用下容易產生變形，從而影響工件的尺寸精度和形狀精度。工件在三爪卡盤上夾緊后，在夾緊力的作用下，會略微變形，變成三邊形，但車孔后得到的是一個圓柱孔，當松開卡爪后，在彈性恢復的作用下，外圓恢復成圓柱形，而內孔變成了弧形三邊形。若用內徑千分尺測量，各個方向的直徑相等，但內孔已發生變形不再是圓柱面，這種變形稱為“等徑變形”。2）因工件較薄，切削熱會引起工件的熱變形，使工件尺寸難以控制。對于線膨脹系數較大的金屬薄壁工件，在半精車和精車的一次安裝中連續車削，所產生的切削熱將引起工件的熱變形。3）在切削力（特別是徑向力）的作用下，容易產生振動和變形，影響工件的尺寸精度、形位精度和表面粗糙度。4）測量時工件承受不了千分尺或百分表的測量壓力，可能出現較大的測量誤差，甚至因測量不當而造成廢品[1]。

2.車削加工薄壁零件的精度的影響因素

因工件較薄，切削熱會引起工件熱變形，從而使工件尺寸難以控制，對于線脹系數較大的金屬薄壁工件，如在一次安裝中連續完成半精車和精車，由切削熱引起工件的熱變形，會對其尺寸精度產生極大影響，有時甚至會使工件卡死在夾具上。在切削力（特別是徑向切削力）的作用下，容易產生振動和變形，影響工件的尺寸精度、形狀、位置精度和表面粗糙度。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。裝夾工件時的夾緊力，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[2]。背吃刀量n。，進給量廠，切削速度%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，加工鋼件時，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，那么切削力也增大，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/r，甚至更小。切削速度對切削力的影響不大，精車時盡量用高的切削速度。但要采取一定的措施，防止工件產生共振，從而增大工件的表面粗糙度值。切削速度同時也是影響刀具耐用度的主要因素，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[3]。

3.薄壁工件的裝夾方法

針對薄壁工件加工時易出現的問題，合理選擇裝夾方法、刀具幾何角度、切削用量以及充分加注切削液，都是保證薄壁工件加工精度的關鍵。常用的裝夾方法有以下幾種。

3.1.使用開縫套筒裝夾。使用開縫套簡裝夾薄壁工件，可以增大裝夾時的接觸面積，使夾緊力均勻地分布在工件表面上。

3.2.使用扇形軟卡爪裝夾

使用特制的扇形軟卡爪裝夾薄壁工件，可以增大裝夾時的接觸面積，使夾緊力均勻地分布在工件表面上。使用前，應在卡爪下裝夾相應的圓形工件，將卡爪車削成形。

3.3.使用軸向夾緊夾具裝夾。使用軸向夾緊夾具裝夾薄壁工件。

4.防止和減少薄壁工件變形的方法

4.1.工件分粗、精車階段粗車時，切削余量較大，夾緊力要大些，變形也相應大些；精車時，夾緊力可稍小些，一方面夾緊變形小，另一方面精車時還可以消除粗車時因切削力過大而產生的變形。

4.2.合理選用刀具的幾何參數精車薄壁工件時，刀柄的剛度要求高，車刀的修光刃不宜過長（一般取0.2～0.3mm），刃口要鋒利。在加工完后，可安排整形工序。

4.3.增加裝夾接觸面采用開縫套筒或一些特制的軟卡爪，讓夾緊力均勻分布在工件上，從而使工件在夾緊時不易產生變形。

4.4.采用軸向夾緊夾具車削薄壁工件時，盡量不使用徑向夾緊方法，而優先選用軸向夾緊方法[4]。工件靠軸向夾緊套（螺紋套）的端面實現軸向夾緊，由于夾緊力F沿工件軸向分布，而工件軸向剛度大，不易產生夾緊變形。

4.5.增加工藝筋有些薄壁工件在其裝夾部位特制幾根工藝筋，以增強此處剛性，使夾緊力作用在工藝筋上，以減少工件的變形，加工完畢后，再去掉工藝筋。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。

結論

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使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。加工薄壁零件除了采取以上措施外，在加工中還可以利用一些彈性卡圈、輔助支承、芯軸等工裝夾具。

參考文獻：

[1] 劉一聰. 薄壁零件的數控加工策略[J]. 企業技術開發，2011（11）.

[2] 趙敏穎. 淺談模具薄壁零件的加工方法[J]. 模具制造，2011（08）.

[3] 楊明珠，李濤. 數控加工編程中的工藝處理[J]. 機械，2008（11）.

[4] 徐玉海. 薄壁襯套車削研究[J]. 黑龍江科技信息，2010（01）.