薄壁筒類零件車削加工方法

摘 要：薄壁筒類零件是車削加工中典型的薄壁零件，由于壁薄剛性差，加工中容易出現變形、振刀現象，加工質量難以保證。本文以薄壁筒類殼體零件為例，分析薄壁零件的車削加工思路與方法，進一步探討薄壁零件的車削加工技巧。

關鍵詞：薄壁;變形;振刀;車削加工

0 引言

車削加工中薄壁零件是較難加工的零件，薄壁零件的剛性較差，這類零件在切削力作用下，容易引起熱變形，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，那么如何裝夾和控制變形成為提高加工質量和效率的關鍵。本文以薄壁筒類零件為例，分析與探討薄壁零件車削加工中出現的問題、解決辦法以及加工技巧。

1 薄壁零件常見的加工問題與難點分析

（1）薄壁零件在裝夾力作用下極易產生變形，常態下零件的彈性復原能力會影響零件的尺寸精度和形狀精度。

（2）薄壁零件剛性差，在加工過程中因受到切削力、切削熱以及殘余應力的影響而極易產生變形，從而造成零件形位公差與尺寸精度超差。所以控制零件裝夾與加工變形是保證薄壁零件加工質量的關鍵。

2 薄壁筒類零件的車削加工

2.1 薄壁筒類零件的車削難點

薄壁筒類零件通常其零件外形直徑D與壁厚δ之比通常為50-200，壁厚一般在0.5-3mm之間。在生產過程中，存在不易裝夾、容易振刀，尺寸不穩定等現象，車削困難較易出現質量問題。薄壁筒類零件在車削時，由于圓周壁薄徑向受力最影響零件的尺寸和精度，其技術難點是如何根據具體的零件結構特點，采取合適的裝夾方式和夾具，分散和減小對零件徑向的夾緊力。如圖1所示，就是一個典型的薄壁筒類殼體零件，零件材料為鋁合金2A12、φ200×175的實心棒料，零件壁厚2～3mm，并且要求內外圓同軸度不超過0.1，最嚴公差為0.05mm，加工難度大。

2.2 薄壁筒類零件的車削方法

2.2.1 零件加工工藝方法

針對殼體零件的結構特點和來料狀況，考慮粗加工、時效、精加工的工藝路線，先粗車，時效后再精車外圓及右側內孔尺寸。由于零件加工余量大，外部溝槽處已經接近薄壁狀態，在粗車加工時，也應先去除內外圓余量，再以零件左端較厚處裝夾，半精車零件外部溝槽處、外圓和內孔。精加工時，則如圖2所示，為保證零件的內外圓同軸度，采取以左側內腔和端面定位，用尾座頂尖頂住后堵頭壓緊零件右端面的裝夾方法，精車零件外圓各部位尺寸。用壓板軸向壓緊左側工藝臺階，零件不松動，再移去后堵頭，精加工車削右側內孔尺寸。這樣零件在不移位的后堵頭與壓板的裝夾中等同于一次裝夾精車保證內外圓的同軸度和尺寸。

2.2.2 減小受力變形與振刀

由于車削該薄壁筒類零件要求車床設備精度較高，對于一般車床，必須調整機床主軸回轉中心與尾座頂尖中心之間的同軸度。由于切削用量較大，相應軸向受力也增大，可采用反車法從主軸向尾座方向加工，將順車的壓力變為反車的拉力，減小零件的變形。采用先車削內孔后車削外圓時，切削余量盡可能的留在外圓上，且留余量適當，有利于減少裝夾變形和車削內孔時零件的剛性，減少車削時振刀現象。

如圖2所示，采取芯軸法裝夾定位，精車外圓時，尾座以頂尖輔助支撐頂緊零件右端面，用四個壓板壓緊零件左側外圓臺階的軸向壓緊法，盡可能增大壓板的壓緊面，避免壓板壓緊力過于集中，提高薄壁零件的剛度，減小零件在車削過程中產生的變形。

為了避免車削時產生振刀現象，車削外圓時可在零件內孔中充填軟性橡膠襯套等材料，車削內孔時可以在零件外圓薄壁處，如圖2殼體零件的兩個外圓處，包裹兩個半圓形襯套或開口襯套，都可以增加精車外圓或內孔時的零件“壁厚”，進一步增強薄壁筒殼體零件的剛度。

車刀的選擇，除了選擇90度主偏角的大前角鋒利車刀，切削力小外，對薄壁筒類零件，由于零件內孔直徑較大，必須考慮內孔車刀在不影響車削的情況下，盡可能增大刀桿的橫截面積，縮短刀桿伸出長度。這類零件由于直徑尺寸較大，一般采用自制粗刀桿加上裝夾機夾式小車刀的組合式刀具。

2.2.3 減小零件熱變形

因為一般薄壁筒類零件的直徑和長度尺寸都比較大，在零件溫度升高少許時就會引起零件尺寸不小的變化，進而影響零件的尺寸精度，所以必須注意在車削過程中采取措施減小零件熱變形對零件尺寸精度的影響。減少零件的熱變形主要可采取以下措施：加注切液充分冷卻，減少工件的溫升引起熱變形;刀具保持鋒利，以減少車刀與零件之間的摩擦發熱;使用彈性回轉頂尖，用彈性回轉頂尖頂住后堵頭，可有效補償工件的熱變形伸長。

3 薄壁零件的車削加工方法與技巧

通過對薄壁筒類零件的車削加工的分析研究，再結合薄壁零件加工的具體實踐，可以初步探究出薄壁零件車削加工的方法與技巧。

（1）根據薄壁零件的結構特點，考慮合適的工藝方法。分開粗、精車，粗車后工件溫度升高，此時進行精車將產生較大的熱變形，需先粗車后工件充分冷卻和釋放殘余內應力，必要時進行適當熱處理，然后再精加工。采用扇形軟卡爪、彈性漲力心軸、軸向夾緊夾具等裝夾方法，增加夾緊力的作用面積，減小夾緊力產生的變形。

（2）合理選擇夾緊力的大小、方向和作用點。粗精車采用不同的夾緊力，粗車時稍大些，精車時稍小些。夾具夾緊力應作用于零件剛性好的部位，或者增加工藝夾頭、堵頭，并盡可能靠近零件的加工表面，薄壁筒類零件一般先加工壁厚較厚的部位，最后加工壁厚最薄的部位，確保夾緊力始終作用于零件較厚的部位。

（3）合理調整機床間隙，合理選擇車刀材料及車刀幾何參數。在不影響車削的情況下，盡可能增大刀桿的橫截面積，縮短刀桿伸出長度，以增加刀桿剛性。

（4）車削過程中，保持刀具鋒利，車削薄壁零件時應減小切削深度，降低切削速度，以減小切削力和切削熱。充分澆注切削液，以減小切削力和切削熱對零件變形的影響。

（5）如果車削過程中還出現振刀現象時，可以用軟橡襯套、泡沫塑料、軟布包等軟性吸振材料填充或者包裹零件，能夠有效減小振動和消除噪聲。

4 結論

綜上所述，薄壁筒類的車削加工，應根據零件材料、薄壁結構和精度要求，安排合理的車削工藝步驟，制作適合薄壁零件結構的工裝夾具，以及選擇合適且鋒利的車削刀具，在加工過程中注意采取措施消除振刀和熱變形。

參考文獻：

[1]勞動和社會保障部教材辦公室組織編寫.車工工藝學[M].北京：中國勞動社會保障出版社，2005（06）.

作者簡介：陳方國（1980-），男，江西九江人，本科，高級工程師，主要從事精密機械加工技術工作。