薄壁零件车削加工策略
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作者: 王余粮
摘 要 本文结合薄壁零件的特点，分析了实际加工过程中出现的问题及其影响加工精度的因素；提出了保证薄壁零件加工精度的措施。
关键词 薄壁零件 加工精度 切削热 弹性心轴
薄壁零件因它具有重量轻,节约材料,结构紧凑等特点而广泛应用于产品生产中。但薄壁零件的加工特别是在车削加工过程中,由于薄壁零件刚性原因,如果不采取措施,常常会因为夹紧力、车削力、车削热、内应力、振动与变形等,使工件产生较大的变形,导致零件的加工质量难以保证。
一、影响薄壁零件加工精度的因素
在机械加工中，零件的加工精度从根本上取决于工件和刀具在加工过程中相互位置的关系。在刀具和工件接触过程中，工艺系统会产生各种误差，影响零件的加工精度。归根结底主要有以下三个方面：1.受力变形：因工件壁较薄，在夹紧力的作用下容易产生变形，从而影响工件的尺寸精度和形状精度；2.受热变形；因工件较薄，切削热引起工件热变形，使工件尺寸难于控制；3.振动变形：在切削力（特别是径向切削力）的作用下，很容易产生振动变形，从而影响工件的尺寸精度、形状、位置精度和表面粗糙度。
二、保证薄壁零件车削加工精度的措施
（一）提高薄壁零件的刚度。在加工过程中，提高零件与工装的刚度是极其重要的。提高薄壁零件与工装的接触刚度，可减小加工过程中工件的变形，也可提高薄壁零件的工艺刚度。提高工件与工装连接配合表面的加工精度（尺寸精度与几何形状精度）和加工表面粗糙度，使工件与工装有效接触面积增大也可提高接触刚度。其次，在零件间预加载荷、消除配合间隙和造成局部预变形，可有效提高工件的工艺刚度。另外，采用具有较高弹性模具的材料或提高接触表面硬度，都可以提高工件的工艺刚度。
（二）设计合理的夹具结构。工件材料为铜合金，车削的最大直径为61mm和最薄处的孔壁厚度为1.5mm的薄壁零件（图一）。
当工件刚度成为生产加工的主要环节时，我们可以采用合适的夹具来提高零件的加工精度。因此，合理的夹具及装夹方式对薄壁零件的加工精度有很大影响。
对于图二所示的夹紧机构，安装工件时，先卸下压盖4，将工件2装到夹具体1上，再将压盖4装上，紧固螺杆3，就可对工件进行轴向夹紧。其缺点是工件与夹具体配合过紧时，装卸过程繁琐；当工件与夹具体配合过松时，装卸显然比较容易，但因工件与夹具体配合时轴向夹紧间隙大，且工件在高速旋转情况下产生一定的离心力，工件的加工精度也会大大降低。
（三）切削热对加工的影响及控制。在加工过程中，刀具和工件接触摩擦会产生大量的切削热，切削热使刀具和工件温度急剧上升，从而造成它们的热变形，严重影响工件的加工品质。特别是薄壁零件的热容量较小，极易在切削热影响下产生变形，并导致零件尺寸增大。因此，在加工过程中要充分考虑到零件在温升膨胀后的伸长问题。零件受温度影响一般表现为轴向伸长或径向膨胀。
轴套类零件壁的厚度越薄，其热胀冷缩现象越显著，又因为铜合金材料的热膨胀系数较大，因此切削热对零件精度影响很大。
下面通过计算来验证温度变化对工件变形引起的径向膨胀的影响。
套筒类零件的外径膨胀缩量λ=ad（△t）=1.76×10-5，mm/（mm・℃）×50℃=0.066mm
式中，a=1.76×10-5，mm/（mm・℃）为铜合金的热膨胀系数；d=75mm。
对于零件的轴向伸长所引起的变形，如果我们进行轴向的刚性压紧，温升后必然导致夹紧力的增大，变形难以控制。而在夹具中采用弹性装置，锥度开口弹性套受轴向力左移过程中产生径向均匀的弹性变形，使薄壁零件夹紧，很好的解决了轴向弹性变形的问题。
（四）减小切削力。在切削加工时，使零件产生变形的力主要是径向切削力。零件在加工过程中所受径向切削力的大小与所用的刀具及车削用量等有直接关系。刀具的选择应尽可能选择主偏角大的刀具。但主偏角为90°的刀最好不要选用。因为主偏角为90°的车刀切削过程中虽然径向分力几乎为零但这种刀具极易产生扎刀现象。刀具的主偏角最好选择在45°~75°之间。
因为粗加工产生的切削力可以通过对零件的热处理进行彻底的消除。零件的粗加工时就要选择小的切削深度和小的进给量。使用几何参数正确的刀具，这样可以减小切削力对零件的影响。
（五）选择合理的切削液。金属切削液在金属切削过程中具有相当重要的作用。实践证明，选用合适的金属切削液，能降低切削温度60-150℃，降低表面粗糙度1-2级，减小切削阻力15-30%，成倍的提高刀具使用寿命。并能把切削过程中产生的屑从切削区域冲走，因而提高了生产效率和产品质量。故在薄壁零件的切削过程中必须使用合适的切削液，以降低切削过程中产生的热量堆积，提高表面质量和加工精度，降低切削成本，对薄壁零件的切削起到事半功倍的作用。
三、结束语
对于薄壁零件的加工，要全面分析其加工精度影响因素，制定合理的加工方案，选用合理的装夹方式、切削用量以及加工时提高工件的刚度，使用合理的切削液等。解决薄壁零件容易产生的问题，还需要我们在不断的实践中去总结和积累经验。
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