薄壁零件加工装夹方法及车削加工技巧

李卫清

摘 要：在薄壁零件加工过程中，由于零件容易发生变形，所以需要在精加工后进行光切加工，从而导致零件加工效率遭到了降低。基于这种认识，本文结合薄壁零件加工问题，对薄壁零件加工装夹方法及车削加工技巧展开了分析，从而为关注这一话题的人们提供参考。

关键词：薄壁零件；装夹方法；车削加工

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.08.049

0 引言

相较于普通零件，薄壁零件具有重量轻、结构简单等特点，拥有较高的结构精度。但是这类零件的加工一直较为困难，在车削加工过程中容易发生变形，从而影响零件质量。因此，还应加强对薄壁零件加工装夹方法及车削加工技巧的分析，减小零件变形量，进而更好的满足薄壁零件加工需要。

1 薄壁零件加工问题

相较于普通零件，薄壁零件在加工的过程中较容易出现变形问题，如装夹不当、切削不合理、刀具不合适都将引发零件变形，从而影响零件加工质量。

1.1 装夹不当导致变形

通常条件下，薄壁零件内外直径差距较小，强度较弱，在车床作业中直接利用三爪自定心卡盘进行固定，将导致各爪点局部不稳，引发零件整体变形。在过去的薄壁零件加工中，需要使零件上各夹紧点达到稳定均衡，所以需要增大装夹接触面，从而使零件整体变形量得到减少。但是采用该种加工方法，仍然无法杜绝零件变形问题的发生。

1.2 切削不合理导致变形

在车削加工的过程中，会产生较强震动。在切削工艺不合理的情况下，就会导致薄壁零件变形。为减少切削时刀具所受的阻力，以免零件因阻力过大产生塑性变形或弹性变形，通常需要结合刀具类型进行前角调整。比如在刀具为高速钢材质时，需要将前角设定为6°-30°。在刀具为硬质合金刀时，前角在5°-20°范围内。而未能进行车削用量的合理选择，将导致薄壁零件产生各种变形。分析这一现象产生的原因可以发现，金属切削主要受两个因素的影响，即背吃刀量和进给量。在同时增大这两个量的情况下，零件会因切削力增大而变形。在背吃刀量减少、进给量增大的条件下，尽管切削力会减小，但是由于工作表面剩余面积较大，零件所受内应力也增大，最终导致零件变形。因此，还要合理进行切削用量的选择，才能避免零件变形。

1.3 刀具不合适导致变形

对薄壁零件进行车削加工，还要做好刀具的选择，以免零件在车削过程中发生热变形。因为，刀具的选择直接关系到刀具前角大小，从而将对零件切削变形程度产生影响。刀具是否锋利，也会影响零件加工效果。此外，在切削的过程中，还要利用切削液冷却和润滑刀具。未能较好的使用切削液，不仅将导致刀具受到磨损，还将导致零件出现变形。

2 薄壁零件加工装夹方法

针对装夹操作引发的薄壁零件变形，还要结合夹具作用进行传统装夹方法的改进，以便采用科学的装夹方法预防零件变形问题的产生。

2.1 夹具作用分析

在零件加工的过程中，需要利用夹具为零件固定提供合适的夹紧力，以便使零件在加工的过程中能够得到约束和支撑。所以采用夹具，可以使零件保持准确定位，为零件加工质量提供保障。在装夹中，薄壁零件在夹紧力的作用下，夹紧点的位置会发生局部刚性转动，导致零件相对刀具发生位置改变。所以在机床上，能否确保零件装夹精度，将直接影响零件加工精度。就目前来看，在产生的零件加工误差中，25%-50%由装夹引发。针对这一情况，还要进行薄壁零件装夹方案的优化，以减小装夹引发的零件弹性变形，继而使零件加工质量得到有效提高。

2.2 改进装夹方法

相较于一般零件来讲，薄壁零件刚度较低，容易受夹持力影响，出现让刀和吃刀量不均等问题。针对这些问题，还要确保零件在装夹的过程中，可以保持内外原轴线同轴，并保持端面与内孔轴线垂直，同时保持两平面平行。为达成这一目标，还要采用开口套装夹，从而将自定心卡盘的三点夹紧转变为整圆抱紧。采用该种装夹方法，可以使薄壁套后得到均匀抱紧。其次，也可以对原有卡盘进行改装，在三个卡爪上进行大弧形软爪的焊接，使零件的夹持面积得到增大。采取该种方式，能够在夹紧薄壁套的同时，减小车削变形[1]。值得注意的是，在完成卡爪改装后，需要将卡爪放置一段时间，等待卡爪实现自然变形，直至软爪拥有足够径向厚度和刚度。使用一段时间后，还要进行“自车自”精密车削，以保证装夹精度。

在加工圆盘薄壁零件时，考虑到零件形位精度要求较高，同时拥有较高的尺寸精度，还要在花盘上进行零件装夹，利用螺钉进行定位盘的固定，确保定位盘外圆与车床主轴同轴。利用压板将薄壁套轴向压紧，可进行零件内孔车削。在夹紧的过程中，应对称的利用压板将薄壁套压紧，避免在一个压板完全压紧后将另一个压板压紧，造成薄壁套受夹紧力影响出现变形。在车削时，还应在自定心卡盘上进行零件装夹，进行内孔和外圆粗车，并留1-1.5mm进行精车。在内孔、内端面精车时，需利用花盘进行零件装夹。装夹过程中，需先在花盘上进行凸台车削，凸台直径与内孔保持0.5-1mm间隙，端面利用螺栓和压板压紧。完成车削后，需对称松开各压板。

3 薄壁零件车削加工技巧

3.1 优化切削参数

在薄壁零件车削加工时，为预防零件变形的产生，还要进行切削参数的优化。在粗加工环节，如果刀具和机床条件满足，可以尽量选择大的铣削用量和进给速度。在去除毛坯材料时，可以大进给、大直径刀具和大切深进行切削，并保持低速或中等转速。在精加工过程中，应加强每齿进给量控制，以较小的切深、小直径刀具和高转速、中进给进行切削加工，确保零件保持稳定切削状态，以降低零件所受切削力和切削热，避免零件受到切削变形作用。结合机床性能，可以确定主轴转速，并集合刀具直径、零件材料等参数确定转速。相较于普通铣削。高速铣削速度更快，径向切深较大，切削速度更大。而精加工的背吃刀量通常在0.2-0.5mm范圍内，进给量在0.1-0.2mm/r范围内。相比较而言，切削速度对切削力的影响较小，但是依然需要结合零件直径、材料等因素进行控制，通常在6-120m/min范围内。在提高切削速度的同时，还应采取措施防止零件共振。此外，切削速度较高，刀具易磨损[2]。伴随着刀具锋利程度的减弱，切削力将有所增加，遇到振动容易出现“轧刀”问题。为减小切削力，可以采用稍大的主偏角和前角，同时采用较小的刀尖圆弧半径车刀。通常的情况下，主偏角为95°，副偏角在0镀-4°范围内，刀刃倾角在-2°到0°范围。

3.2 改进切削流程

在薄壁零件加工的过程中，刀具容易给零件带来一系列作用，如残余应力、切削热等。为降低切削力和装夹变形，还要实现切削流程改进。首先在零件装夹方面，还应以最大切削用量进行装夹力的确定，

以确保零件在不同切削力下能够保持稳定。如果零件拥有较高的精度要求，同时材料切除量较大，还要采用粗加工-精加工的工艺流程。针对材料加工中产生的残余应力，可通过热处理进行消除。在走刀的过程中，切屑会与刀面和零件发生摩擦，导致大量切削热产生。为减少切削热，还应在腹板加工过程中利用环切走刀策略，采用顺铣方式减少零件受力，使刀具路径保持平滑[3]。在拐角位置，应时圆角圆弧合理过渡，同时降低进给速度，以减少零件变形量的产生。在加工薄壁零件特殊位置时，还应进行零件外应力的释放。如进行外圆、内孔车削时，应使车削长度比零件长度大。在进行内孔、外圆半精车时，应将三爪松动一次。在外圆上，可以车一个长度与零件长相等的槽，使槽底径大于精车后的零件内孔直径，以确保零件外应力得到充分释放。

3.3 加强切削液使用

在车削过程中，针对薄壁零件，应加强切削液的使用，达到减少刀具与零件摩擦的目的。结合零件加工性质和材料，在粗加工的过程中，如果切削用量较大，同时拥有较大加工余量，还要利用切削液降低切削温度。具体来讲，就是利用3%-5%的乳化液进行连续浇注。利用切削液，可以使刀具和零件尽快冷却，使二者间的摩擦减少，所以能够使刀具使用寿命延长，并使零件表面拥有较高光洁度。此外，利用切削液也可以将大量切屑带走，使工作区保持稳定的温度，以免造成刀具的二次切削[4]。通过降低切削热，可避免零件的加工尺寸和几何精度受到切削热的影响，进而有效预防热变形的发生。

4 结论

通过研究可以发现，在薄壁零件加工的过程中，能否较好的进行零件装夹和车削加工，直接影响零件加工质量。为预防薄壁零件在加工过程中发生各种变形，还要进行零件装夹方法的改进，并优化零件切削参数，同时通过改进切削工艺和加强切削液的使用确保车削过程平稳，进而使零件的加工品质得到最大程度的提升。

参考文献：

[1]吴艳，连旭日.防止环状薄壁零件变形的加工方法[J].工程机械，2017，48（11）：38-41+7.

[2]张景霞，陈文殊.浅谈薄壁零件的数控车削加工[J].科技创新导报，2016，13（36）：94-95.

[3]曹彧，秦磊.薄壁盘与薄壁筒类零件的車削工艺对比分析与应用[J].航空精密制造技术，2015，51（06）：39-42.

[4]刘泽林，战中学，宋亚辉等.车削锥形薄壁零件实例分析[J].电子世界，2014（10）：263.