薄壁零件的加工

李念周

（河南中鋁裝備有限公司，河南鄭州 450041）

1 薄壁零件的主要特點

薄壁零件壁厚和徑向尺寸比差大，甚至達到幾十乃至上百倍，工件剛度弱，易裝夾變形，給切削加工帶來較大困難。如果加工工藝不合理，很難滿足圖紙要求。

薄壁零件的種類很多，常見的有套筒類、環類、盤類等。各類薄壁零件有各自的特點，在車床上加工時，要根據工件各部位不同的特點，找到其薄弱環節位置，采取不同的加工路線和裝夾方法，才能保證其加工精度。如套筒類薄壁零件和環類薄壁零件的薄弱環節主要是徑向剛度較弱，容易產生徑向變形；盤類薄壁零件主要是軸向剛度弱，容易從軸向端面產生翹曲和變形。這些薄弱環節的變形，又往往影響到其他部位的技術要求，所以加工這類薄壁零件時，應采取相應的措施來滿足薄弱環節的技術要求，從而滿足質量要求。

2 車削薄壁零件易產生的主要問題

車削薄壁零件易產生的主要問題有以下幾點：

（1）工件裝夾不當產生變形。用三爪卡盤夾緊薄壁零件外圓車內孔時，工件產生彈性變形，工件內孔在卡爪部位變成很窄的三條直面。在這種情況下加工內孔后，在不松開卡爪前測內孔尺寸，完全符合圖紙要求；松開卡爪再測尺寸時，就會發現尺寸不能滿足要求了。當用三爪卡盤撐著內孔加工外圓時，也會出現類似情況。產生這種變形的原因是由于夾緊力集中在工件局部，而工件的剛度弱，承受不了這樣大的夾緊力而引起了工件變形。

（2）相對位置不準產生的壁厚不均工件。夾具、刀具與車床主軸旋轉中心的相對位置調整不準，都容易引起工件幾何變形和壁厚不均勻。

（3）加工部位伸出過長產生變形和振動。工件薄壁部位伸出過長，在切削過程中工件受切削力影響產生振動和變形。

（4）刀具選用不合理影響精度和表面光潔度。

（5）工件受切削熱的影響產生變形。對于一些線膨脹系數大的薄壁工件，半精車和精車若在一次裝夾中完成時，連續切削所產生的切削熱對它的精度影響很大。

（6）殘余內應力產生的變形。工件在沒有消除內應力時加工，會產生很大的加工后變形。

3 薄壁零件的車削加工

3.1 選擇和制定合理的工藝方案

選擇工藝方案要考慮如何防止切削變形和保證零件精度要求，根據薄壁零件的幾何形狀和技術要求，確定合理的加工工藝方案，這是保證薄壁零件最終加工質量的關鍵。在制訂工藝方案時，從工件的毛坯形狀、加工余量大小、熱處理方法等方面考慮工件在車削過程中的變形問題，為減小車削加工變形創造條件。

（1）薄壁零件的毛坯一般為鍛件、鑄件或鉚件，在車削加工前需進行熱處理以減小內應力。硬度不高的鋼件毛坯在退火或正火后，晶體組織更加均勻，機械性能得到提高，消除內應力的同時改善了切削性能，有利于切削加工和減少加工后的變形。硬度較高的鋼件毛坯在退火或正火后，除達到上述目的外，還為工件的淬火及回火處理做了前期準備。精度要求高的薄壁零件，粗加工后要進行調質或者振動時效處理，進一步消除內應力，穩定工件的尺寸精度，使其有足夠的剛度、較高的韌性，避免零件精車時產生變形。

（2）薄壁零件的切削加工，需將粗加工和精加工分開進行，粗加工后要進行熱處理。因為粗加工時工件余量較大，進給量和走刀量都比較大，工件的夾緊力相應較大，車削時工件變形較大。精加工時余量小，刀具進給量和走刀量小，較小的夾緊力就能滿足要求，工件變形相應小。粗加工和精加工分開進行，工件在粗加工和熱處理時產生的變形量，在精加工時可以得到修正。個別形狀復雜、精度要求高的薄壁零件，連續進行粗加工和精加工不能保證精度要求時，應在粗加工和精加工間增加半精加工，逐步修正變形量。

（3）用同一工藝基準在一次裝夾中完成工件的粗加工和精加工時，為了修正半精車時的變形，須在精加工之前松開工件并略微旋轉工件，恢復其變形，再輕輕夾緊進行精加工，這樣能在精加工時修正半精加工時產生的變形。若薄壁零件在車床工序外還有鉆孔及銑平面等工序時，精車工序應在這些工序后進行，避免精車得到的尺寸及形位公差被后續工序改變。

（4）為了保證工件精車后的質量要求，在精車前應檢查或修正工件的定位基準。

（5）若為單件生產，因為薄壁零件在粗加工后剛度較弱，工件裝夾比較困難，可以在夾具上采取措施防止變形，或從加工工藝上采取相應措施來保證加工要求，以降低夾具成本。比如單件加工一個小型薄壁圓筒，可以預留工藝夾頭，在工件內孔、外圓精加工后切除工件，使內外圓及端面在一次裝夾中完成，保證幾何和位置精度。

（6）薄壁零件加工過程中，加工余量的分配同樣影響工件的加工質量。半精加工的余量選取應根據工件形狀、大小和熱處理變形情況確定，使工件在熱處理后的半精加工不留黑皮，精加工余量盡可能小。

（7）套環類薄壁零件應加工內孔后再加工外圓，使工件裝夾和夾具設計相對簡單。加工內孔時，外圓余量保存稍大，可增加工件剛度。

3.2 防止工件裝夾時的變形

（1）薄壁零件強度較弱，裝夾不當極易引起工件變形，為了保證加工精度的要求，加工前的合理裝夾，是保證薄壁零件加工質量的一項重要措施。對形狀比較簡單的薄壁零件，盡量共用定位基準面，一次裝夾完成多道工序，避免多次裝夾造成的變形。

（2）薄壁零件的特點決定其承受不了大的夾緊力，需選擇合理的夾緊部位，使夾緊結構合理。可采用專用的夾具或胎具，或采用軟金屬卡爪或開口套筒，從而有效防止變形。加工薄壁零件常用的夾具還有心軸，用細牙螺紋連接胎具和工件等。工件裝在夾具上后，首先檢查定位是否準確、合理、穩固，否則需查找原因，例如修正工件的定位基準，或者調整和修正夾具的定位表面，使其與夾具緊密配合，定位準確、牢靠。

（3）工件夾緊部位的選擇和夾緊件的結構形式要根據薄壁零件的具體結構和要求而定，并注意以下問題：①夾緊部位應選在工件剛度較強的部位；②夾緊力要均勻作用在工件上；③夾緊力必須作用在工件的支撐面上，不能作用在工件的懸空部位。在車床上夾緊工件的小端精車大端面時，由于工件剛度差，切削部位懸空，很難保證其平面度和光潔度，切削過程會產生刺耳的噪聲及振動。如果在卡爪盤上增加活動支撐頂靠工件背面并鎖緊，可以大幅改善加工效果。

3.3 減小切削力對工件變形的影響

影響切削力大小的因素有很多，主要有工件材料材質、刀具選用、切削用量和潤滑冷卻等4 個方面。

（1）工件材料材質對切削力的影響。材料的強度及表面硬度直接影響切削力的大小，熱處理可以改善其性能，薄壁零件在粗加工前要進行熱處理。

（2）刀具主要幾何角度對切削力的影響。刀具前角的大小與切削變形情況和切屑與刀具前面摩擦情況有關。前角大時，切削變形量和摩擦力減小，切削力減小；但前角過大，會使刀具楔角減小，刀具強度降低，散熱能力差，磨損速度快，所以應在精加工時取大前角，粗加工時取小前角。刀具后角的大小決定著刀具后面和工件切削表面間的摩擦情況：后角大，與工件切削表面間隙大，摩擦力小，切削力也相應的變小；但是后角過大，會形成刀具刃部變薄，強度不足等缺陷，所以在精車時取大后角，粗車時取小后角。

（3）切削用量對切削力的影響。當切削深度和進給量大時，切削力也大，但是兩者對切削力的影響程度不一樣。在切削面相等時，增大進給量比增大切削深度切削力小。切削速度對切削力的影響是不斷變化的，但在半精車和精車時差別不大，此時盡量用較高的切削速度，提高表面光潔度。

（4）冷卻潤滑對切削力的影響。切削過程產生大量熱量，使刀具溫度上升、強度降低，磨損速度加快，導致加工表面光潔度降低；熱量傳遞到工件上，使工件受熱變形，所以車削薄壁零件應使用冷卻潤滑液。使用冷卻潤滑液不僅可減小切削力，提高刀具耐用度及加工表面的光潔度，更重要的是避免了工件因切削熱而產生的變形，進一步保證了加工精度。

另外，加工合格后的薄壁零件還要注意存放和運輸方式，避免合格產品成為廢品。