(貴州航天電器股份有限公司，貴州貴陽(yáng),550009)

1 前言

航空航天工業(yè)中廣泛使用薄壁件，日常加工過(guò)程中不可避免地會(huì)遇到薄壁類零件，如繼電器中骨架，襯套等。這類零件雖然結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，但加工過(guò)程中也暴露了很多問(wèn)題。如何有效地解決產(chǎn)生的問(wèn)題，成功地提高該類零件合格率是今后工作中重要方向之一。

一般認(rèn)為，在殼體件、套筒件、環(huán)形件、盤(pán)形件、平板件、軸類和特殊形狀的零件中，當(dāng)壁厚與內(nèi)徑曲率半徑(或輪廓尺寸)之比小于1:20時(shí)，稱作薄壁零件。薄壁零件具有重量輕、節(jié)約材料、結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)點(diǎn)，但其在加工中由于外形協(xié)調(diào)要求高，零件外廓尺寸相對(duì)截面尺寸較大，加工余量大，相對(duì)剛度較低等原因?qū)е录庸すに囆圆睿识嗄陙?lái)，薄壁零件一直存在加工變形、精度低等問(wèn)題。

2 影響薄壁零件加工精度的因素

加工精度是零件加工后的實(shí)際幾何參數(shù)(尺寸、形狀和位置)與理想幾何參數(shù)相符合的程度。薄壁零件加工中主要問(wèn)題即加工變形問(wèn)題，產(chǎn)生原因很多，與零件材料，零件結(jié)構(gòu)以及生產(chǎn)條件等都有很大關(guān)系，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

2.1 毛坯因素影響

薄壁零件材料選擇范圍較廣，根據(jù)實(shí)際產(chǎn)品加工毛坯可以為塑料、不銹鋼等材質(zhì)。塑料、鋁等材料自身剛性較低，加工過(guò)程中極易發(fā)生變形；同樣，毛坯本身的形狀誤差，加工后也會(huì)映射到成品上。

2.2 切削熱及切削力的影響

零件在加工過(guò)程中在切削力的作用下，將在各個(gè)受力方向產(chǎn)生相應(yīng)變形，但影響最大的是誤差敏感方向。車加工中，薄壁零件誤差敏感方向主要為徑向。車刀加工過(guò)程中對(duì)側(cè)壁產(chǎn)生擠壓，導(dǎo)致加工過(guò)程中受力部分變形。薄壁零件的銑削加工主要采用立銑，我公司銑床也以立銑為主。零件在切削力的作用下，工件的側(cè)邊會(huì)發(fā)生“讓刀”的現(xiàn)象。如圖1所示，薄壁零件上部剛性差，在加工過(guò)程中受切削力的作用產(chǎn)生彈性變形，A、C兩點(diǎn)發(fā)生偏移，刀具僅僅切除A1、B、C、D部分的材料。加工完成后，零件彈性恢復(fù)，加工過(guò)程中的讓刀產(chǎn)生殘留部分造成加工誤差。而對(duì)于薄板的銑加工，雖然加工中采用了真空吸盤(pán)，但在切削力的作用下，刀具和薄壁件的切削屏幕都不在正確位置上。

圖1 讓刀變形示意圖

加工過(guò)程中，加工系統(tǒng)內(nèi)部的摩擦熱、切削熱和外部的環(huán)境溫度、陽(yáng)光輻射等都會(huì)對(duì)零件產(chǎn)生影響。機(jī)床在加工過(guò)程中受熱會(huì)導(dǎo)致主軸熱變形，漸而影響加工精度。切削熱是造成薄壁零件加工熱變形的主要因素。切削速度、進(jìn)給量都會(huì)影響切削熱。因工件較薄、切削熱會(huì)引起工件熱變形，從而使工件尺寸難以控制。對(duì)于線膨脹系數(shù)較大的金屬薄壁工件，如在一次安裝中連續(xù)完成半精車和精車，由切削熱引起工件的熱變形，會(huì)對(duì)其尺寸精度產(chǎn)生極大影響，有時(shí)甚至?xí)构ぜㄋ涝趭A具上。

2.3 裝夾的影響

零件必須裝夾在機(jī)床上才能進(jìn)行加工，裝夾過(guò)程中產(chǎn)生的夾緊力對(duì)薄壁零件的影響也比較明顯。夾緊力發(fā)生在零件與夾具的接觸區(qū)域上。理想的夾具不應(yīng)該產(chǎn)生任何變形，但薄壁零件剛性不足，且多數(shù)情況想，夾具的制造或設(shè)計(jì)不合理。因此，工件在夾緊力作用下發(fā)生變形。

除了以上這些因素外，加工中產(chǎn)生的殘余應(yīng)力、機(jī)床自身剛度等都會(huì)對(duì)薄壁零件加工產(chǎn)生影響。薄壁零件加工中易受加工因素根本原因主要還是自身剛性不足，零件彈性變形造成。如圖2影響薄壁件加工的因素簡(jiǎn)圖：

圖2 影響薄壁件加工的因素

3 提升薄壁零件加工質(zhì)量的方法

通過(guò)分析可得影響薄壁零件加工精度的因素歸根結(jié)底有一下三方面：1.加工過(guò)程中受力變形：薄壁零件因自身剛性差，加工過(guò)程中易受切削力，夾緊力等的影響，導(dǎo)致零件變形無(wú)法達(dá)到加工精度；2.受熱變形：因零件壁薄，切削熱引起零件熱變形，使得加工過(guò)程零件尺寸難以控制；3.振動(dòng)變形：零件在加工過(guò)程中，在切削力(特別是徑向切削力)的作用下，很容易產(chǎn)生振動(dòng)變形，此外機(jī)床自身剛度不好產(chǎn)生的振動(dòng)也導(dǎo)致零件的尺寸精度、形狀、位置精度和表面粗糙度無(wú)法達(dá)到要求。

針對(duì)以上三點(diǎn)，我們可以采取下列措施來(lái)控制薄壁零件加工：

3.1 提高零件剛度

薄壁零件自身剛度不足是造成加工難度大、精度差的主要原因。所以，提高薄壁零件剛度是消除工藝系統(tǒng)變形和振動(dòng)、提高薄壁零件加工精度的關(guān)鍵。設(shè)計(jì)人員在涉及到薄壁零件的設(shè)計(jì)時(shí)，可以在不影響產(chǎn)品性能的條件下，在零件剛度較差的地方適當(dāng)增加工藝?yán)呋蛘咴黾訜崽幚硪蟾淖儾牧闲阅軓亩_(dá)到提高剛度的目的。

薄壁零件剛度差的根本原因是由于零件壁薄，也可以從工藝角度考慮增加壁厚，從根本上解決，提升零件剛度。工藝上經(jīng)常采用膠粘、澆灌等方法來(lái)增強(qiáng)零件剛性和緊固零件。常用的增加壁厚方法：1.澆灌石蠟；2.澆灌石膏；3.應(yīng)用低熔合金等。除了以上方法以外，加工中還應(yīng)用明礬、低融塑料。在某些特使零件加工的中，還有應(yīng)用硫磺、松香等材料的情況。近幾年俄羅斯使用一種尿素樹(shù)脂聚合物，零件加工中作為增強(qiáng)剛性的材料。該聚合物是由96%的尿素樹(shù)脂和4%的硫酸鉀組成。熔融溫度134～140°。該種材料固化迅速,剛性好,粘結(jié)力強(qiáng),溶解速度快,價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)?？删植炕蛘w地增強(qiáng)非剛性零件的剛性。加工完畢后,把零件加熱或放入水中,聚合物可自行與零件脫開(kāi)。但在加工中,不能用水劑冷卻液。

3.2 合理安排工藝路線

薄壁零件加工過(guò)程中難免變形，應(yīng)著力分析、研究和掌握其變形規(guī)律，從而分離出加工中的難點(diǎn)針對(duì)性的解決變形問(wèn)題確保零件最后合格。零件一般的加工階段可以劃分為：毛坯準(zhǔn)備-粗加工階段-精加工階段。對(duì)于易受切削力和夾緊力影響的薄壁零件，可以在粗、精加工之間增加一次或數(shù)次半精工，也可以適當(dāng)增加時(shí)效處理工序。根據(jù)零件結(jié)構(gòu)的不同，應(yīng)采用合適的加工順序。

圖3 某薄壁類零件

圖3中的某個(gè)薄壁類零件，其材料為聚四氟乙烯。零件的單邊壁厚較小，僅0.35mm，加工中由于夾持等外力因素影響容易造成零件變形。該零件加工時(shí)可以先加工一芯軸，骨架加工時(shí)先加工內(nèi)孔，然后在加工時(shí)利用芯軸固定骨架，再加工骨架外圓達(dá)到要求。采用用芯軸做輔助支撐，再加工外圓的方法能有效避免切削力引起的變形。

3.3 適當(dāng)?shù)难b夾

對(duì)于薄壁零件和其他一些很難找到合適夾緊點(diǎn)的零件，可以采取以下措施減小加緊變形：(1)增加輔助夾緊點(diǎn)和輔助支撐；(2)增加壓緊件接觸面積和分散著力點(diǎn)；(3)利用對(duì)稱變形加工零件；(4)對(duì)于極薄的零件，可以設(shè)計(jì)專用的夾具加工。對(duì)于采用三爪卡盤(pán)加工的零件，可以對(duì)卡盤(pán)進(jìn)行適當(dāng)改進(jìn)。將三爪卡盤(pán)的徑向夾緊接觸由線接觸變?yōu)槊娼佑|，同時(shí)增加接觸長(zhǎng)度，使夾緊力均勻分布在工件上，減小工件變形。

除了上述方法外，切削過(guò)程中還應(yīng)采用合理的切削用量控制薄壁零件的變形，如在粗加工中，背吃刀量和進(jìn)給量取大些；精加工時(shí)，背吃刀量取小些。此外，精加工時(shí)盡量采用較高的切削速度，但不宜過(guò)高。合理選擇冷卻液，加工過(guò)程中冷卻充分，這樣也能有效減小零件的熱變形，提高零件加工精度。薄壁零件加工中應(yīng)多采用先進(jìn)的加工技術(shù)，如高速切削加工，3D打印技術(shù)。高速切削加工現(xiàn)已應(yīng)用于薄壁零件加工中，其有切削效率高、精度高、切削力小、無(wú)飛邊毛刺，切屑易處理等優(yōu)點(diǎn)。

4 總結(jié)

薄壁零件應(yīng)用廣泛，加工中稍不注意極易造成零件加工報(bào)廢。通過(guò)對(duì)其加工過(guò)程影響因素進(jìn)行分析，結(jié)合日常加工實(shí)際?？偨Y(jié)出常用的解決薄壁零件加工難度大，易變形的問(wèn)題，能夠?yàn)闄C(jī)械加工提供某些解決該類零件加工的思路。

[1] 王志厚.薄壁零件加工中防止變形的措施.[J].寶成技術(shù)，1991.

[2] 林中. 提高薄壁零件加工精度的探討. [J]機(jī)電技術(shù)，2008.

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