薄壁零件加工裝夾方法及車削加工技巧

李衛清

摘 要：在薄壁零件加工過程中，由于零件容易發生變形，所以需要在精加工后進行光切加工，從而導致零件加工效率遭到了降低。基于這種認識，本文結合薄壁零件加工問題，對薄壁零件加工裝夾方法及車削加工技巧展開了分析，從而為關注這一話題的人們提供參考。

關鍵詞：薄壁零件；裝夾方法；車削加工

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.08.049

0 引言

相較于普通零件，薄壁零件具有重量輕、結構簡單等特點，擁有較高的結構精度。但是這類零件的加工一直較為困難，在車削加工過程中容易發生變形，從而影響零件質量。因此，還應加強對薄壁零件加工裝夾方法及車削加工技巧的分析，減小零件變形量，進而更好的滿足薄壁零件加工需要。

1 薄壁零件加工問題

相較于普通零件，薄壁零件在加工的過程中較容易出現變形問題，如裝夾不當、切削不合理、刀具不合適都將引發零件變形，從而影響零件加工質量。

1.1 裝夾不當導致變形

通常條件下，薄壁零件內外直徑差距較小，強度較弱，在車床作業中直接利用三爪自定心卡盤進行固定，將導致各爪點局部不穩，引發零件整體變形。在過去的薄壁零件加工中，需要使零件上各夾緊點達到穩定均衡，所以需要增大裝夾接觸面，從而使零件整體變形量得到減少。但是采用該種加工方法，仍然無法杜絕零件變形問題的發生。

1.2 切削不合理導致變形

在車削加工的過程中，會產生較強震動。在切削工藝不合理的情況下，就會導致薄壁零件變形。為減少切削時刀具所受的阻力，以免零件因阻力過大產生塑性變形或彈性變形，通常需要結合刀具類型進行前角調整。比如在刀具為高速鋼材質時，需要將前角設定為6°-30°。在刀具為硬質合金刀時，前角在5°-20°范圍內。而未能進行車削用量的合理選擇，將導致薄壁零件產生各種變形。分析這一現象產生的原因可以發現，金屬切削主要受兩個因素的影響，即背吃刀量和進給量。在同時增大這兩個量的情況下，零件會因切削力增大而變形。在背吃刀量減少、進給量增大的條件下，盡管切削力會減小，但是由于工作表面剩余面積較大，零件所受內應力也增大，最終導致零件變形。因此，還要合理進行切削用量的選擇，才能避免零件變形。

1.3 刀具不合適導致變形

對薄壁零件進行車削加工，還要做好刀具的選擇，以免零件在車削過程中發生熱變形。因為，刀具的選擇直接關系到刀具前角大小，從而將對零件切削變形程度產生影響。刀具是否鋒利，也會影響零件加工效果。此外，在切削的過程中，還要利用切削液冷卻和潤滑刀具。未能較好的使用切削液，不僅將導致刀具受到磨損，還將導致零件出現變形。

2 薄壁零件加工裝夾方法

針對裝夾操作引發的薄壁零件變形，還要結合夾具作用進行傳統裝夾方法的改進，以便采用科學的裝夾方法預防零件變形問題的產生。

2.1 夾具作用分析

在零件加工的過程中，需要利用夾具為零件固定提供合適的夾緊力，以便使零件在加工的過程中能夠得到約束和支撐。所以采用夾具，可以使零件保持準確定位，為零件加工質量提供保障。在裝夾中，薄壁零件在夾緊力的作用下，夾緊點的位置會發生局部剛性轉動，導致零件相對刀具發生位置改變。所以在機床上，能否確保零件裝夾精度，將直接影響零件加工精度。就目前來看，在產生的零件加工誤差中，25%-50%由裝夾引發。針對這一情況，還要進行薄壁零件裝夾方案的優化，以減小裝夾引發的零件彈性變形，繼而使零件加工質量得到有效提高。

2.2 改進裝夾方法

相較于一般零件來講，薄壁零件剛度較低，容易受夾持力影響，出現讓刀和吃刀量不均等問題。針對這些問題，還要確保零件在裝夾的過程中，可以保持內外原軸線同軸，并保持端面與內孔軸線垂直，同時保持兩平面平行。為達成這一目標，還要采用開口套裝夾，從而將自定心卡盤的三點夾緊轉變為整圓抱緊。采用該種裝夾方法，可以使薄壁套后得到均勻抱緊。其次，也可以對原有卡盤進行改裝，在三個卡爪上進行大弧形軟爪的焊接，使零件的夾持面積得到增大。采取該種方式，能夠在夾緊薄壁套的同時，減小車削變形[1]。值得注意的是，在完成卡爪改裝后，需要將卡爪放置一段時間，等待卡爪實現自然變形，直至軟爪擁有足夠徑向厚度和剛度。使用一段時間后，還要進行“自車自”精密車削，以保證裝夾精度。

在加工圓盤薄壁零件時，考慮到零件形位精度要求較高，同時擁有較高的尺寸精度，還要在花盤上進行零件裝夾，利用螺釘進行定位盤的固定，確保定位盤外圓與車床主軸同軸。利用壓板將薄壁套軸向壓緊，可進行零件內孔車削。在夾緊的過程中，應對稱的利用壓板將薄壁套壓緊，避免在一個壓板完全壓緊后將另一個壓板壓緊，造成薄壁套受夾緊力影響出現變形。在車削時，還應在自定心卡盤上進行零件裝夾，進行內孔和外圓粗車，并留1-1.5mm進行精車。在內孔、內端面精車時，需利用花盤進行零件裝夾。裝夾過程中，需先在花盤上進行凸臺車削，凸臺直徑與內孔保持0.5-1mm間隙，端面利用螺栓和壓板壓緊。完成車削后，需對稱松開各壓板。

3 薄壁零件車削加工技巧

3.1 優化切削參數

在薄壁零件車削加工時，為預防零件變形的產生，還要進行切削參數的優化。在粗加工環節，如果刀具和機床條件滿足，可以盡量選擇大的銑削用量和進給速度。在去除毛坯材料時，可以大進給、大直徑刀具和大切深進行切削，并保持低速或中等轉速。在精加工過程中，應加強每齒進給量控制，以較小的切深、小直徑刀具和高轉速、中進給進行切削加工，確保零件保持穩定切削狀態，以降低零件所受切削力和切削熱，避免零件受到切削變形作用。結合機床性能，可以確定主軸轉速，并集合刀具直徑、零件材料等參數確定轉速。相較于普通銑削。高速銑削速度更快，徑向切深較大，切削速度更大。而精加工的背吃刀量通常在0.2-0.5mm范圍內，進給量在0.1-0.2mm/r范圍內。相比較而言，切削速度對切削力的影響較小，但是依然需要結合零件直徑、材料等因素進行控制，通常在6-120m/min范圍內。在提高切削速度的同時，還應采取措施防止零件共振。此外，切削速度較高，刀具易磨損[2]。伴隨著刀具鋒利程度的減弱，切削力將有所增加，遇到振動容易出現“軋刀”問題。為減小切削力，可以采用稍大的主偏角和前角，同時采用較小的刀尖圓弧半徑車刀。通常的情況下，主偏角為95°，副偏角在0鍍-4°范圍內，刀刃傾角在-2°到0°范圍。

3.2 改進切削流程

在薄壁零件加工的過程中，刀具容易給零件帶來一系列作用，如殘余應力、切削熱等。為降低切削力和裝夾變形，還要實現切削流程改進。首先在零件裝夾方面，還應以最大切削用量進行裝夾力的確定，

以確保零件在不同切削力下能夠保持穩定。如果零件擁有較高的精度要求，同時材料切除量較大，還要采用粗加工-精加工的工藝流程。針對材料加工中產生的殘余應力，可通過熱處理進行消除。在走刀的過程中，切屑會與刀面和零件發生摩擦，導致大量切削熱產生。為減少切削熱，還應在腹板加工過程中利用環切走刀策略，采用順銑方式減少零件受力，使刀具路徑保持平滑[3]。在拐角位置，應時圓角圓弧合理過渡，同時降低進給速度，以減少零件變形量的產生。在加工薄壁零件特殊位置時，還應進行零件外應力的釋放。如進行外圓、內孔車削時，應使車削長度比零件長度大。在進行內孔、外圓半精車時，應將三爪松動一次。在外圓上，可以車一個長度與零件長相等的槽，使槽底徑大于精車后的零件內孔直徑，以確保零件外應力得到充分釋放。

3.3 加強切削液使用

在車削過程中，針對薄壁零件，應加強切削液的使用，達到減少刀具與零件摩擦的目的。結合零件加工性質和材料，在粗加工的過程中，如果切削用量較大，同時擁有較大加工余量，還要利用切削液降低切削溫度。具體來講，就是利用3%-5%的乳化液進行連續澆注。利用切削液，可以使刀具和零件盡快冷卻，使二者間的摩擦減少，所以能夠使刀具使用壽命延長，并使零件表面擁有較高光潔度。此外，利用切削液也可以將大量切屑帶走，使工作區保持穩定的溫度，以免造成刀具的二次切削[4]。通過降低切削熱，可避免零件的加工尺寸和幾何精度受到切削熱的影響，進而有效預防熱變形的發生。

4 結論

通過研究可以發現，在薄壁零件加工的過程中，能否較好的進行零件裝夾和車削加工，直接影響零件加工質量。為預防薄壁零件在加工過程中發生各種變形，還要進行零件裝夾方法的改進，并優化零件切削參數，同時通過改進切削工藝和加強切削液的使用確保車削過程平穩，進而使零件的加工品質得到最大程度的提升。

參考文獻：

[1]吳艷，連旭日.防止環狀薄壁零件變形的加工方法[J].工程機械，2017，48（11）：38-41+7.

[2]張景霞，陳文殊.淺談薄壁零件的數控車削加工[J].科技創新導報，2016，13（36）：94-95.

[3]曹彧，秦磊.薄壁盤與薄壁筒類零件的車削工藝對比分析與應用[J].航空精密制造技術，2015，51（06）：39-42.

[4]劉澤林，戰中學，宋亞輝等.車削錐形薄壁零件實例分析[J].電子世界，2014（10）：263.