薄壁零件裝夾變形原因與控制

周維穎 谷伯煥 胡耀秦

精密薄壁零件是目前制造業(yè)發(fā)展的一個重要方向，薄壁零件的裝夾是其生產(chǎn)制造中的一個重要環(huán)節(jié)，但由于工藝不合理，對薄壁零件認(rèn)識不夠等因素造成的裝夾變形時(shí)有發(fā)生。該文分析了薄壁零件裝夾變形的產(chǎn)生原因，并提出了一些控制對策。

薄壁零件；裝夾變形；原因；對策

薄壁零件的加工變形，一直是機(jī)械加工制造業(yè)的一個難題，很多國內(nèi)外學(xué)者都對薄壁零件的加工變形問題進(jìn)行了分析了研究，使得薄壁零件的加工技術(shù)有了一定的突破。實(shí)際工作中，要想通過合理的對策解決薄壁零件的加工變形問題，就要首先認(rèn)清產(chǎn)生變形的原因。

1.薄壁零件裝夾變形的成因及區(qū)分

薄壁零件出現(xiàn)變形有很多的原因：在設(shè)計(jì)零件的過程中，不僅要考慮零件設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的工藝性，還要提高零件結(jié)構(gòu)的剛性，防止在加工中出現(xiàn)變形；盡可能保證零件結(jié)構(gòu)對稱、薄壁厚度均勻；選擇毛坯時(shí)，最好選擇沒有內(nèi)應(yīng)力的原材料。在制造系統(tǒng)中，零件加工變形的主要因素有：

工件的裝夾條件。由于薄壁零件的剛性比較差，加工時(shí)不恰當(dāng)?shù)倪x擇央緊力與支承力的作用點(diǎn)，導(dǎo)致附加應(yīng)力；夾、壓的彈性變形會一定程度上影響零件表面的尺寸精度和形狀、位置精度，導(dǎo)致變形。

加工殘余應(yīng)力。在零件加工過程中，由于刀具對已加工面的擠壓、刀具前刀面與切屑、后刀面與已加工表面之間的摩擦等綜合作用，導(dǎo)致零件表層內(nèi)部出現(xiàn)新的加工殘余應(yīng)力。由于不穩(wěn)定的殘余應(yīng)力的存在，一旦零件受到外力作用，零件就會在外力與殘余應(yīng)力的作用下產(chǎn)生局部塑性變形，重新分配截面內(nèi)的應(yīng)力，去除外力作用后，零件就會受到內(nèi)部殘余應(yīng)力的作用出現(xiàn)變形。這種由于切削過程中殘余應(yīng)力的重新分布，造成的零件的變形，會嚴(yán)重影響加工質(zhì)量。

切削力和切削熱、切削振動。為了避免被加工材料產(chǎn)生彈性變形、塑性變形以及刀具與切屑和工件之間的摩擦，切削過程會產(chǎn)生切削力和切削熱，在兩者作用下，很容易導(dǎo)致零件振動和變形，進(jìn)而影響零件的質(zhì)量。另外，造成零件變形的影響因素還有機(jī)床、工裝的剛度，切削刀具及其角度、切削參數(shù)和零件冷卻散熱情況等。其中造成零件變形的主要因素是切削力、夾緊力以及殘余應(yīng)力。

2.控制零件變形的工藝措施

由于零件的整體剛性在加工薄壁零件過程中隨著零件壁厚逐漸減小，零件的剛性也會降低，進(jìn)而導(dǎo)致加工零件的變形增大。因而，在對零件進(jìn)行切削過程中，最大程度地利用零件的未加工部分，支撐正在切削部分，保證切削時(shí)處在最佳剛性狀態(tài)。如：腔內(nèi)有腹板的腔體類零件，在加工過程中，銑刀以螺旋線方式從毛坯中間位置下刀進(jìn)而降低垂直分力對腹板的壓力，從深度方向銑到尺寸，再從中間擴(kuò)張到四周至側(cè)壁。如果內(nèi)腔深度很大，根據(jù)上面的方法進(jìn)行多層加工。這種方式能夠盡可能的降低切削變形，減少了由于零件剛性的降低而出現(xiàn)的切削振動現(xiàn)象。

采用輔助支撐。在加工薄壁結(jié)構(gòu)的腔類零件過程中，控制零件的變形就要首先解決由于裝夾力造成的變形。因而，可利用腔內(nèi)加膜胎(橡膠膜胎或硬膜胎)的方式來增加零件的剛性，避免零件在加工過程中出現(xiàn)變形；另外，還可以采用填充法石蠟、低熔點(diǎn)合金等工藝方法，來增加零件的支撐．從而減小變形、提高零件的精度。

設(shè)計(jì)工藝加強(qiáng)筋，提高剛性。對于薄壁零件來說，為了減少變形，可以增加零件的工藝筋條，從而達(dá)到加強(qiáng)剛性的目的，這是工藝設(shè)計(jì)中避免變形的提高剛性常用的手段之一。如在加工長槽過程中，在圓支管右端上下二槽口留3mm加強(qiáng)筋，進(jìn)行消除零件內(nèi)部應(yīng)力處理，用線切割的方式去掉加強(qiáng)筋，最后利用心軸進(jìn)行校形。這種方式加工的零件，能夠最大限度的保證變形在可控制的設(shè)計(jì)精度范圍內(nèi)。

對稱分層銑削。均勻釋放應(yīng)力，對稱釋放毛坯初始?xì)堄鄳?yīng)力，是有效減小零件的加工變形的又一方法。在處理厚度兩面都需要加工的板類零件，可以通過上下兩面消除余量均等的原則，施行輪流加工處理，即在上平面去除一定的余量，然后在另一面中也去除相同的余量。在零件加工過程，遵循余量依次遞減的原則，輪流的次數(shù)越多，其相應(yīng)釋放的應(yīng)力就會越徹底，零件的變形程度就會越小。

刀具下刀方式的優(yōu)化。刀具下刀方式能夠直接影響零件的加工變形。如垂直進(jìn)刀方式，對腹板有一定程度的向下的壓力，會造成腹板的彎曲變形；而水平進(jìn)刀方式，對側(cè)壁有一定程度的擠壓作用，如果刀具剛性不足就會造成讓刀，影響加工精度。

總而言之，通過上文的分析，了解了造成薄壁零件變形的原因，即分為應(yīng)力釋放變形和受力釋放變形?；诖?，文章提出了有效的控制薄壁零件變形的方法—選擇合理的防變形裝夾技術(shù)以及數(shù)控高速加工優(yōu)化工藝流程等。同時(shí)，還可以根據(jù)零件的結(jié)構(gòu)，采用有效的工藝措施和方法，如工序的合理安排，走刀路線的優(yōu)化等，有效的控制了薄壁零件的變形。

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