淺析薄壁零件的車(chē)削

摘要：薄壁零件由于剛性差，加工時(shí)容易引起變形，影響零件的加工精度。本文通過(guò)分析薄壁零件在加工過(guò)程中可能出現(xiàn)的情況，探討減小薄壁零件變形的方法。

關(guān)鍵詞：薄壁 變形

目前，薄壁零件以其重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊等特點(diǎn)大量應(yīng)用于各個(gè)行業(yè)，尤其在模具、航空航天和汽車(chē)工業(yè)等領(lǐng)域應(yīng)用更為廣泛。但是由于薄壁零件的剛性較差，在車(chē)削過(guò)程中極易產(chǎn)生變形，不易保證零件的加工質(zhì)量。本文通過(guò)對(duì)薄壁零件在車(chē)削過(guò)程中可能出現(xiàn)的現(xiàn)象進(jìn)行分析，探討減小薄壁零件變形的方法。

一、薄壁零件加工時(shí)的現(xiàn)象分析

影響薄壁零件加工精度的因素有很多，歸納起來(lái)主要有以下幾個(gè)方面：

1.受力變形

薄壁零件在車(chē)削過(guò)程中由于工件內(nèi)部可能存在的內(nèi)應(yīng)力及由于夾緊力不均勻而產(chǎn)生的夾緊外應(yīng)力的共同作用下易使薄壁零件產(chǎn)生變形（見(jiàn)圖1），從而影響零件的尺寸精度和形狀精度。例如，用三爪卡盤(pán)夾緊薄壁外圓，車(chē)削完成卸下后，被卡爪夾緊部分會(huì)因彈性變形而導(dǎo)致零件呈多角形。為了減小變形，使用前車(chē)削扇形軟卡爪內(nèi)孔及內(nèi)端面并符合零件定位外圓尺寸的0.05mm，且保持內(nèi)孔與端面垂直，同時(shí)采用外加開(kāi)口套筒或改用特殊軟爪等措施來(lái)增大接觸面積，使夾緊力均勻分布。

2.受熱變形

因工件較薄，車(chē)削過(guò)程中產(chǎn)生的切削熱易引起工件熱變形，使工件尺寸難以控制，對(duì)于薄壁零件，十分有害。

3.振動(dòng)變形

在切削力（特別是徑向切削力）的作用下，車(chē)削時(shí)很容易產(chǎn)生振動(dòng)和變形，從而影響工件的尺寸精度、形狀、位置精度和表面粗糙度。

在切削過(guò)程中，徑向切削力會(huì)使工件在徑向產(chǎn)生彈性變形和振動(dòng)。圖2所示為車(chē)削薄壁套筒零件的示意圖，工件裝在心軸上。由于工件中間部分剛性較差，車(chē)削過(guò)程中彈性變形大，工件呈現(xiàn)中間厚兩端逐漸變薄的曲面形狀。

二、減小薄壁零件變形的方法

根據(jù)薄壁零件的特點(diǎn)和要求選擇合理的工藝方案，這是保證薄壁零件加工質(zhì)量的關(guān)鍵，同時(shí)要從防止變形和保證精度出發(fā)去設(shè)計(jì)加工工藝。

1.通過(guò)熱處理消除內(nèi)應(yīng)力

薄壁零件的毛坯一般是鍛造、鑄造和鋼板滾壓焊接件，有較大的內(nèi)應(yīng)力，這種內(nèi)應(yīng)力的存在，將直接導(dǎo)致工件的變形。所以，在車(chē)削前，須對(duì)毛坯進(jìn)行退火或正火處理，有的零件在粗加工后，還須對(duì)零件進(jìn)行調(diào)質(zhì)或時(shí)效處理，從而改善零件的切削性能，以利于工件的切削加工及減小工件變形。

2.工件分粗車(chē)和精車(chē)

薄壁零件的車(chē)削一般應(yīng)把粗車(chē)和精車(chē)加工分開(kāi)進(jìn)行。粗車(chē)時(shí)，工件的余量大，吃刀量大，工件的變形量大，將粗、精車(chē)分開(kāi)進(jìn)行，可消除粗車(chē)時(shí)由于切削力過(guò)大而產(chǎn)生的變形，粗車(chē)后進(jìn)行調(diào)質(zhì)或時(shí)效、退火等處理，減小其內(nèi)應(yīng)力。有些零件形狀復(fù)雜，精度要求高，需要在粗車(chē)和精車(chē)之間增加半精車(chē)工序，使粗加工產(chǎn)生的變形逐漸得到修正，幾何形狀和尺寸精度逐步得到提高。

3.合理選擇裝夾方案，增加裝夾接觸面

可采用開(kāi)縫套筒和特制的軟卡爪，增大裝夾時(shí)的接觸面積，使夾緊力均勻分布在工件上，避免工件由于夾緊力而產(chǎn)生的變形（見(jiàn)圖3）。

（1）采用開(kāi)縫套筒：用三爪卡盤(pán)夾持開(kāi)縫套筒。三爪卡盤(pán)由三點(diǎn)夾緊變?yōu)檎麍A抱緊，使其不變形并均勻抱緊薄壁套后再車(chē)削內(nèi)孔。

（2）采用特制的軟卡爪裝夾：改裝三爪卡盤(pán)的三個(gè)卡爪，在三個(gè)通用卡爪上焊接大弧形軟爪，增大夾持面積，減小薄壁套的夾緊和車(chē)削變形。

4.選擇合理的刀具幾何角度

（1）刀具前角的選擇。刀具前角影響刃口的鋒利程度和強(qiáng)度，影響切削變形和切削力。前角大，使車(chē)刀刃口鋒利，減小切削變形，使切削省力。但前角過(guò)大，會(huì)降低刀尖強(qiáng)度，刀具散熱情況變差，磨損加劇。一般車(chē)削鋼類(lèi)材料的薄壁零件時(shí)，采用高速鋼刀具，前角取5°～30°，車(chē)削鑄鐵類(lèi)薄壁零件時(shí)，前角取0°～10°，若采用硬質(zhì)合金刀具，前角可取5°～20°。粗車(chē)時(shí)為提高刀尖強(qiáng)度，取較小前角，精車(chē)時(shí)為減小切削力可取較大前角。

（2）刀具后角的選擇。刀具后角影響刀頭強(qiáng)度及刀具后刀面和工件切削表面間的摩擦情況。后角太大，會(huì)降低切削刃和刀頭的強(qiáng)度，后角太小，會(huì)增加后刀面與工件表面的摩擦。一般車(chē)削鋼類(lèi)材料的薄壁零件時(shí)，采用高速鋼刀具，后角取6°～12°，車(chē)削鑄鐵類(lèi)薄壁零件時(shí)，后角取6°～8°，若采用硬質(zhì)合金刀具，后角可取2°～12°。粗車(chē)取較小后角，精車(chē)時(shí)可取較大后角。

（3）刀具主副偏角的選擇。刀具主偏角決定著軸向切削力和徑向切削力的大小。主偏角增大則徑向切削力減小，軸向切削力增大。主偏角一般取30°～90°。車(chē)削薄壁零件時(shí)，為降低徑向切削力的影響，應(yīng)取大的主偏角。

刀具副偏角決定著刀具和已加工表面間的摩擦情況及加工表面的粗糙度。減小副偏角，可減小工件的表面粗糙度。車(chē)薄壁零件時(shí)，副偏角一般取8°～15°。粗車(chē)取較大副偏角，精車(chē)取較小副偏角。

5.合理選擇切削用量

粗加工時(shí)，為迅速去除大部分余量，采用快進(jìn)給、大切深，可采用較大的背吃刀量和進(jìn)給量；精加工時(shí)，為保證零件的加工精度，采用快轉(zhuǎn)速，慢進(jìn)給，背吃刀量一般在0.2～0.5mm，進(jìn)給量一般在0.1～0.2mm/r，甚至更小。切削深度和走刀量不宜過(guò)大，否則稍遇振動(dòng)極容易產(chǎn)生“軋刀”，減小切削時(shí)的吃刀力將會(huì)大大減小工件變形。

6.選擇合適的切削液

采用合適的切削液，可以改善散熱條件，降低刀具和工件的溫度，并可減小刀具、切屑、工件間的摩擦，從而減小切削力，防止工件因熱變形而產(chǎn)生的加工誤差，同時(shí)可提高刀具的耐用度及改善工件表面的粗糙度，有效保證工件的加工精度。

總之，通過(guò)合理地設(shè)計(jì)工藝路線，選擇合適的夾具，合理的刀具角度、切削用量及切削液，能有效保證薄壁工件的加工質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)：

［1］勞動(dòng)和社會(huì)保障部教材辦公室.車(chē)工工藝學(xué).北京：中國(guó)勞動(dòng)和社會(huì)保障出版社.2000.

［2］《機(jī)械加工技術(shù)手冊(cè)》編寫(xiě)組.機(jī)械加工手冊(cè)[M].北京：北京出版社.1989.

（作者單位：湖南化工職業(yè)技術(shù)學(xué)院）