薄壁螺纹零件的滚压加工工艺（精选7篇）
薄壁螺纹零件的滚压加工工艺 篇1
1.1 加工原理
滚压加工是一种无排屑的加工方法, 通过滚动轧入到工件表面的金属, 改变表面形状和提高表面强度的一个冷加工方式。用于加工螺纹滚压工具是通过滚动挤压, 由辊轧工具的工作部分轧入工件材料, 发生塑性变形便于形成螺纹。
滚压加工是应用一个带螺纹刀的螺纹头, 可在工件表面以一定的压力在加工工件上做相对运动, 使该零件的金属表面发生塑性变形, 加工出圆柱, 圆锥状的沟槽和其它表面形状。通过相关实验分析, 辊螺纹刀对管壁材进行辊压时, 工件受力点的金属发生晶格变细和纤维形状延伸, 表面纤维虽受挤压, 但是没有被切断, 使金属表面层的结构和性能发生变化。通过轧辊表面, 粗糙度降低, 其精度, 抗疲劳强度, 耐蚀性都具有明显提高。滚丝轮螺纹升角与工件的上升角度一致, 但螺纹方向相反。在螺距相同的情况下, 不同规格的螺纹具有相同的基本牙型, 不同是螺纹升角, 直径, 中径、外径和内径, 所以只要使得滚丝轮上螺纹升角和工件螺纹升角完全一样, 即可得到我们所需的螺纹。
1.2 工艺难点
(1) 如何将滚压头正确安装在车床上。
(2) 准确找正滚压前滚压头的中心。
(3) 需调整好滚压头的顶开距离, 因为很短的退刀槽容易造成撞车现象。
2 滚压加工工艺分析
2.1 案例1分析
图1所示零件是常见的柴油机上的定位螺套, 是一种常见的滚压超薄壁零件, 工艺采用先加工螺纹后加工内孔, 在滚压螺纹时, 必须注意内孔变形而引起的螺纹中径变形, 同时满足条件零件体内的滚压应力小于或者等于材料的屈服极限。
因此在滚丝机上加工螺纹时, 增加一滚压心棒, 其结构如图2所示。
手工将零件装进心棒, 在不能松动的条件下开始滚压。在进行滚压的时候, 应用支片支架顶住零件使其不发生松动的问题。滚压后将压套装入心棒, 将手柄螺母拧紧, 利用螺母的作用把零件取出心棒。零件和心棒之间的间隙缘故, 零件在滚压时, 零件内孔将产生变形。因此在进行滚压薄壁空心螺纹零件时, 一般正常滚压的零件毛坯需比滚压前的毛坯直径要小0.02mm。明显看出采用滚压法加工, 不仅提高加工工效, 还可以保证零件的精度。
2.2 案例2分析
如图3所示, 就是结构简单一个套类零件, 由于上面的螺纹致使加工了不能满足要求, 通过工件的装夹、刀具几何参数选取、程序的编制等多方面进行改进, 寻找出一种方便易操作的加工方法, 有效提高零件的精度和加工效率, 保证产品的质量。
(1) 主要因为是薄壁零件, 所以主要解决受力、受热、振动时的变形问题, 既要考虑装夹方便、可靠, 还需考虑如何保证工件在加工时的定位精度, 由于零件较薄, 刚性不足, 容易引起晃动。
(2) 螺纹加工部分厚度只有1.8mm, 精度要求较高。目前市面上的数控系统螺纹编程指令有G32、G92、G76等。
从以上对比可以看出, 只简单利用一个指令进行车削螺纹是不够完善的, 先用G76进行螺纹粗加工, 再用G92进精加工, 在薄壁螺纹加工中, 既可以避免因切削量大而产生薄壁变形, 又能够保证螺纹加工的精度。
用联结工装将滚压头和机床尾座连接起来, 保证工装滑动自由、无卡涩现象, 且保证滚压头的轴线和机床的中心线的同轴度在0.10mm之内, 然后在机床上装夹一较细的圆棒, 手摇尾座向前移动, 用细圆棒顶开止动螺钉, 检验顶开长度和螺纹长度是否一致, 防止顶开长度过长导致滚压头和机床卡盘相撞, 造成滚压头的损坏。可以根据需加工的螺栓的规格。按螺栓中径尺寸试加工, 滚压前在零件和滚轮上浇涂冷却液, 冷却液一般采用1∶10乳化液、极压填加剂或稀释切削油, 然后开始试滚压, 接着用符合要求的环规检测检测中径、大径和环规通、止是否合格。若不达标, 可适当调下滚压头刻度, 调好紧固后再次进行滚压;或微调车削螺栓中径尺寸重新滚压, 一直到符合所需螺纹尺寸的要求。
同时模具选取也很重要, 薄壁件的螺纹滚压加工是在外力作用下的旋、挤、拉延成型, 变形机理复杂。模具的选材一般要求具有足够的强度和韧性, 淬硬性好, 表面具有高的硬度和耐磨性, 工艺性好, 淬火变形小, 过热、脱碳、开裂等敏感性小。
摘要：薄壁螺纹零件由于工件壁较薄, 在夹紧力的作用下容易产生变形, 在切削力的作用下, 也容易产生振动和变形, 影响工件的尺寸精度、表面粗糙度、形状精度和位置精度, 利用常规的车削加工非常困难。本文主要讲述了薄壁螺纹零件的滚压加工的原理, 通过案例具体阐述加工工艺和方法, 提出相关建议, 对薄壁螺纹零件的滚压加工具有指导意义。
关键词：薄壁螺纹,滚压加工,工艺
参考文献
[1]魏军.金属挤压机[M.]北京:化学工业出版社, 2005.
薄壁螺纹零件的滚压加工工艺 篇2
关键词：薄壁零件；铣销加工；振动；加工工艺；优化
中图分类号：TG506 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2016）21-0010-02
虽然薄壁零件在现代工业生产中占据十分重要的地位，但其在加工过程中，因零件本身结构、形状的复杂，加工工艺的不够成熟，及加工过程中会受到振动等因素的影响，使得薄壁零件数控加工的精度与加工质量常常会受到不利影响，难以满足工业生产要求。
若薄壁零件数控加工精度与质量得不到保证，那么行业发展将会受到严重限制。所以，分析薄壁零件加工振动与加工工艺至关重要。
1 薄壁零件基本内容
壁非常薄的零件即为薄壁零件。薄壁零件采用数控加工工艺的步骤主要包括三部分，即设计编程、加工和成品检验。
设计编程阶段就是对欲生产的薄壁零件结构、形状、规格等进行设计，并对该零件的加工工艺进行编程；
加工阶段就是按照设计要求利用事先编好的程序对薄壁零件进行数控加工；
成品检验阶段就是对加工好的薄壁零件成品的质量、精度、规格等进行抽样检查与合格验收[1]。
对于这种零件要满足薄壁条件，就意味着零件的强度与抗变形能力会变差，而在薄壁零件各种工艺加工过程中，热处理、铣销、硬化处理等流程均会造成薄壁零件的变形，所以加工精度控制在薄壁零件生产加工过程中是非常重要的一环。
2 薄壁零件的加工振动分析
2.1 薄壁零件的铣削加工振动
在薄壁零件加工过程中，受零件本身特性的影响，铣销加工时零件往往会因受到刀具铣销力的作用而发生弹性偏转，从而容易产生加工振动，对薄壁零件的加工质量与精度带来负面影响，降低零件成品合格率。
所以，在分析薄壁零件加工振动时，由于铣销加工刀具所产生的铣销力是造成加工振动的一个最主要原因，因而需要重点分析铣销力这一因素[2]。
在实际分析时，首先应对零件的加工振动情况进行分析，然后开展铣销实验，在实验中建立一个薄壁零件振动模型，在该模型下模拟实际加工条件，对产生的铣销力进行判断并与实际误差进行比较，若结果偏小，则说明模型有效，假设成立，那么在实际加工时就可以按照该模型进行加工。
2.2 薄壁零件数控加工精度的影响因素
结合实践经验，从薄壁零件的加工过程来看，零件自身结构特性、处理工艺、使用刀具、装夹方式等都是影响薄壁零件数控加工精度的主要因素。
由于零件本身壁薄，抗变形能力差，强度低，材质本身轻薄，因而在外力的作用下很容易发生变形、弹性偏转等现象，这就会引起加工振动，而加工振动的产生无疑会严重影响薄壁零件加工精度。例如，零件装夹装置，当装置受到外力作用时，零件在夹紧的状态下就会形成与装置类似的形状，导致薄壁零件形状发生改变，按照原来的程序可能就会出现不适应现象，影响薄壁零件加工精度[3]。
不同刀具切入角度对薄壁零件所产生的变形影响也较为明显。由于刀具类型、角度的不同对薄壁零件表面粗糙度产生的适应性也不同，在数控机床加工或铣销加工过程中，主偏角角度大小直接决定着薄壁零件径向切削力的受力情况。
3 薄壁零件加工工艺的优化对策
3.1 合理选择刀具等加工工具
刀具的类型、刀具路径、切入角度等都会给薄壁零件数控加工精度带来影响，只有刀具类型适合，刀具路径与角度设置合理，薄壁零件的数控加工精度才能得到有效提高，质量才能得到较好保证。
所以，优化薄壁零件加工工艺，合理选择刀具非常重要[4]。为保证刀具选择的恰当合理，在选择时首先应对车床的类型进行充分考虑，根据不同车床选用相适应的刀具，如对于车螺纹一般适宜选用机夹刀，对于外圆的精车一般适宜选用90度合金刀具，对于镗孔用镗刀以机夹刀为宜等。
合理选择刀具不仅能够较好的满足薄壁零件刚性要求，而且可以较好的避免加工过程中因刀钝而换刀情况发生。在保证刀具选择合理的前提下还应对铣销参数进行合理设计，包括铣销深度、铣销力大小、铣销速度等。
3.2 充分考虑零件的结构特性
由于零件本身的结构特性也是影响薄壁零件数控加工精度的一个重要因素，所以在优化薄壁零件加工工艺时需要对零件的结构特性进行充分考虑。
首先，对零件材质的特性进行充分考虑，思考薄壁零件在加工过程中可能承受的铣销力大小，然后对零件的结构、形状、应用场合等进行综合考虑，科学设计零件结构与形状，确保零件在该领域有着良好的适应性。
此外，还需考虑的内容有零件加工精度、装夹位置，夹紧力大小等，深入分析装夹可能给薄壁零件带来的变形，对精密薄壁零件的定位、装夹位置进行重点分析，预测装夹位置可能给零件带来的外力大小与作用方向，以便对零件铣销加工方式、刀具路径与速度等进行合理设定。
通过对零件本身结构特性的充分考虑，提高薄壁零件对数控加工工艺的适应性与抵抗性，提高薄壁零件数控加工精度，优化零件加工工艺。
3.3 改进零件装夹方式
装夹装置给薄壁零件产生的装夹力是影响薄壁零件数控加工工艺水平与加工精度的重要因素之一，改进装置对零件的装夹方式，可以减小装夹力对薄壁零件数控加工工艺的影响。就加工实际情况而言，若薄壁零件刚度较小、强度较低，那么在数控加工过程中，装夹力较大就容易造成零件变形。
实际上，除了装夹力之外，支撑力也会对薄壁零件产生一定影响[5]。支撑力的存在是为弥补薄壁零件本身刚度较小一缺陷，若支撑力过大不但不会起到支撑的作用，反而会增加薄壁零件外力作用。
因此，通常情况下支撑力应作用在薄壁零件强度较小的表面之上，而装夹力应作用在薄壁零件刚度较大的表面之上，通过装夹力与支撑力的合理布置，从而起到一个良好的弥补作用，改进薄壁零件装夹方式，实现薄壁零件数控加工工艺的优化。
对于装夹装置与装夹位置的改进，需要在进行大量详细数据分析的基础上，由专业人士制定出一套具体的、切实可行的改进方案，实现装夹装置与装夹位置的改进。
3.4 修正刀具路径
刀具路径作为影响薄壁零件数控加工精度与质量的重要因素之一，有必要对给薄壁零件加工精度造成负面影响的路径进行修正。
在薄壁零件正常加工过程中，对于刀具路径的确定首先得对薄壁零件的变形情况进行充分考虑，因为薄壁零件变形情况直接影响着零件自身的加工质量，而其变形程度在一定程度上由刀具路径所决定。
在充分考虑加工过程中夹紧与铣销可能对薄壁零件造成的变形及回弹量前提下，通过试验等方式不断对刀具路径即入刀位置与切割方向进行调整和修正，并对刀具路径进行补偿，使刀具路径对薄壁零件加工时所产生的变形等影响降至最低限度。
由于薄壁零件铣销加工是一个动态的持续进行的过程，因而对于刀具路径的修正也应随时跟进。这就需要加工人员对薄壁零件加工过程中的状态进行全面细致的观察，只要状态出现偏差就立刻修正刀具路径，确保刀具路径在整个加工过程中均被控制在正确的轨道之上。
总之，刀具路径的修正是提高薄壁零件数控加工精度，优化加工工艺的一个有效手段。
4 结 语
在我国推动经济、技术发展过程中，作为汽车、航空航天、工业等诸多领域主要机械零部件的薄壁零件，在其中发挥着巨大的作用。
随着社会的不断进步，相关制造企业应总结经验教训对薄壁零件加工工艺、数控车车床、铣销加工工艺等进行不断优化完善，以提高薄壁零件加工精度和加工质量，为国内航空航天、工业等的发展注入新的生机与活力。
参考文献：
[1] 朱婧怡. 基于加工误差综合分析的薄壁件工艺顺序及参数优化方法 研究[D].上海：东华大学，2010.
[2] 俞松.薄壁零件的加工振动分析与加工工艺研究[J].品牌，2014，11：292.
[3] 刘学航，周为，周文超，等.振动频谱分析协助下薄壁零件加工工艺参数 优化[J].机床与液压，2015，08：38-40+43.
[4] 姜晓华.薄壁零件冲压模具加工工艺过程可靠性分析[D].沈阳：东北大 学，2010.
薄壁螺纹零件的滚压加工工艺 篇3
第九章
课题四
细长轴的车削
教学目标：1.熟悉细长轴的特点
2.掌握车刀角度的标注
德育目标：培养学生合作精神 教学重点：细长轴的装夹和车削 教学难点：细长轴的装夹
教学方法：目标教学法 视频演示法 讲练结合法 教学课时：2课时
教学用具：多媒体 视频资料 教学课型：新授 教学过程：
课题 细长轴的车削
一、组织教学
点名考勤、稳定学生情绪、宣布上课
二、课前三分钟
三、复习提问
1．车削偏心工件的方法有哪些？ 2．怎样检测偏心工件？
四、导入语
同学们知道比较细比较长的轴加工时会出现什么情况呢？如果出现了状况应如何解决呢？这就是我们今天在教学中的重点，也是难点。
五、讲授新课
（一）细长轴的概念：工件的长度L与直径d之比大于25（即长径比L/d>25）的轴类工件称为细长轴。
（二）车细长轴产生的缺陷及原因：外形并不复杂，但由于其本身的刚度低，车削时又受切削力、重力、切削热等因素的影响，容易产生弯曲变形以及振动、锥度、腰鼓形、竹节形等缺陷，难以保证加工精度。长径比越大，加工就越困难。
虽然车细长轴的难度较大，但只要抓住中心架和跟刀架的使用、解决工件热变形伸长以及合理选择车刀的几何参数三个关键技术，问题就迎刃而解了。
（三）使用中心架支撑车细长轴（多楳体视频演示）
车削细长轴时，可使用中心架来增加工件的刚度。车削细长轴时使用中心架的方法有： 1.中心架直接支撑在工件中间
当细长轴可以分段车削时，中心架的架体通过压板支撑在工件中间，如图所示。这时，L/d的值减小了一半，车削时工件的刚度可增加许多倍。在工件装上中心架之前，必须在毛坯中部车出一段支撑中心架支撑爪的沟槽，沟槽的表面粗糙度值及圆柱度误差要小，否则会影响工件精度。调整中心时，必须先通过调整螺钉调整好下面两个支撑爪，在用紧定螺钉紧固，然后把上盖盖好固定，最后调整上面的一个支撑爪，并用紧定螺钉紧固。
但是，在细长轴中间车削这样一条沟槽是比较困难的。当被车削的细长轴中间无沟槽或安置中心架处有键槽
或花键等不规则表面时，可采用中心架和过渡套筒支撑车细长轴的方法。
2．用过渡套筒支撑车细长轴
应用过渡套筒支撑车细长轴的方法，如图所示，其中心架的支撑爪与过渡套筒的外表面接触。过渡套筒的两 端各装有3个调整螺钉，用这些螺钉夹住毛坯工件，并调整套筒外圆的轴线与车床主轴轴线重合，即可车削。
（四）使用跟刀架支撑车细长轴（多楳体视频演示）
使用跟刀架支撑车细长轴时，跟刀架固定在床鞍上，跟在车刀的后面，随车刀的进给移动，抵消背向力，并 可以增加工件的刚度，减少变形，从而提高细长轴的形状精度并减小表面粗糙度，如图所示。跟刀架主要用来车削细长轴和长丝杠。
从跟刀架的设计原理来看，只需2个支撑爪就可以了（图7—29a），因为车刀给工件的切削抗力F使工件
′贴在跟刀架的两个支撑爪上。但是，在实际使用时，工件本身有一个向下的重力以及工件不可避免的弯曲，车削时工件往往因离心力的作用瞬时离开支撑爪，又瞬间接触支撑爪而产生振动。如果采用3个支撑爪的跟刀架支撑工件（图7—29b），一面由车刀抵住，使工件上下、左右都不能移动，车削时非常稳定，不易产生振动。因此，车细长轴时应用三个支撑爪的跟刀架。
（五）减少工件的热变形伸长
车削时，由于切削热的影响，使工件随温度升高而逐渐伸长变形，称为热变形。在车削时一般轴类工件时，可不考虑热变形伸长问题。但是，车削细长轴时，因为工件长，热变形伸长量大，所以一定要考虑到热变形的影响。工件热变形伸长量可按下式计算。
△L﹦ɑlL△T 式中△L——工件热变形伸长量（mm）；
ɑl————材料的线膨胀系数（1/℃），见表7—1； L——工件全长（mm）；
△T————工件升高的温度（℃）。
例7—2 车削直径为Φ25mm，长度为1200mm的细长轴，材料为45钢，车削时因受切削热的影响，使工件由原来的21 ℃以上升到61℃，求这根细长轴的热变形伸长量。
解：已知L=1200mm，△T=61℃-21 ℃=40℃；查表7-1 45钢的线膨胀系数ɑl=11.59×10-6（1/℃）。
根据公式7-7得：
△ L=ɑlL△T
=11.59×10-6/℃×1200mm×40℃ =0.556mm 从上例计算可知，细长轴热变形伸长量是很大的。由于工件一端夹紧，一端顶住，工件无法伸长，所以只能使本身产生弯曲。细长轴一旦产生弯曲，车削就很难进行，因此，必须采取措施减少工件的热变形。
（六）减少工件的热变形可采取以下措施: 1.使用弹性回转顶尖
弹性回转顶尖的结构如图所示。顶尖用圆柱滚子轴承、滚针轴承承受背向力，推力球轴承承受进给力。在短圆柱滚子轴承和推力球轴承之间，放置若干片碟形弹簧。当工件热变形伸长时，工件推动顶尖通过圆柱滚子轴承，使碟形弹簧压缩变形。生产实践证明，用弹性回转顶尖加工细长轴，可有效地补偿工件的热变形伸长，工件不易弯曲，车削可顺利进行。
2.浮动夹紧和反向进给车削 3.加注充分的切削液
车削细长轴时，无论是低速切削，还是高速切削，加注充分的切削液能有效地降低切削区域的温度，从而减少工件的热变形伸长，延长车刀的使用寿命。
4.保持刀具锋利
保持刀具锋利可以减少车刀与工件之间的摩擦发热。
（七）合理选择车刀的几何参数
车削细长轴时，由于工件刚度低，车刀的几何参数对切削力、切削热、振动和工件弯曲变形等均有明 显的影响。选择车刀几何参数时主要考虑如下几点：
1.车刀的主偏角是影响背向力的主要因素，在不影响刀具强度的前提下，应尽量增大车刀主偏角，以减小背向力，从而减小细长轴的弯曲变形。一般细长轴车刀的主偏角选kr=80o～93o.2.为了减小切削力和切削热，应选择较大的前角，以使刀具锋利，切削轻快，一般取γo=15～30.3.前面应磨有R1.5～3mm的圆弧断屑槽，使切屑顺利卷曲折断。
4.选择正值刃倾角，通常λs=+3o～10o，使切屑流向待加工表面。此外，车刀也容易切入工件。5.为了减小背向力，应选择较小的刀尖圆弧半径（re<0.3mm）。倒棱的宽度也应选得较小，一般选取倒棱宽度br1=1.5ƒ。
6．要求切削刃表面粗糙度Ra≤0.4µm,并保持切削刃锋利。
六、训练检测：课本P317 8、9
七、总结
（一）细长轴的概念
（二）车细长轴产生的缺陷及原因
（三）使用中心架支撑车细长轴
（四）使用跟刀架支撑车细长轴
（五）减少工件的热变形伸长
o
o
（六）减少工件的热变形可采取以下措施:
（七）合理选择车刀的几何参数
八、布置作业：
1.配套习题册课题四相关习题 2.预习课文P312-313
九、教学反思：
本节课是理论课，不是实操课，通过采用目标教学法、视频演示法、讲练结合法这三种方法，把同学们带进了轻松、活泼、愉快的学习气氛中，达到了事半功倍的作用。
十、板书设计：
课题 细长轴的车削
（一）细长轴的概念
（二）车细长轴产生的缺陷及原因
（三）使用中心架支撑车细长轴
（四）使用跟刀架支撑车细长轴
（五）减少工件的热变形伸长
（六）减少工件的热变形可采取以下措施:
（七）合理选择车刀的几何参数
总第 课时 星期 第 节 时间：
第九章
课题五
车削薄壁零件
教学目标：1.熟悉薄壁零件的加工特点
2.掌握防止和减少工件变形的方法
德育目标：培养学生爱科学与合作精神 教学重点：防止和减少工件变形的方法 教学难点：防止和减少工件变形的方法
教学方法：目标教学法 视频演示法 讲练结合法 教学课时：1课时
教学用具：多媒体 视频资料 教学课型：新授 教学过程：
课题 车削薄壁零件
一、组织教学
点名考勤、稳定学生情绪、宣布上课
二、课前三分钟
三、复习提问
（一）细长轴的概念？
（二）车削细长轴常出现的缺陷有哪些？
四、导入语
同学们知道薄壁零件加工时会出现什么情况呢？如果出现了状况应如何解决呢？这就是我们今天在教学中的重点，也是难点。
五、讲授新课
（一）薄壁工件的加工特点
车薄壁工件时，由于工件的刚度低，在车削过程中，可能产生以下现象：
1.因工件壁薄，在夹紧力的作用下容易产生变形，从而影响工件的尺度精度和形状精度。2.因工件壁较薄，切削热会引起工件热变形，使工件尺寸难以控制。
3.在切削力尤其是背向力的作用下，容易产生振动和变形，影响工件的尺寸精度、表面粗糙度、形状精度和位置精度。
针对以上车薄壁工件时可能产生的问题，下面介绍防止和减少薄壁工件变形的方法。
（二）防止和减少薄壁工件变形的方法 1．把薄壁工件的加工分为粗车和精车两个阶段
粗车时夹紧力稍大些，变形虽然也相应大些，但是由于切削余量较大，不会影响工件的最终精度；精车时 夹紧力可稍小些，一方面夹紧变形小，另一方面精车时还可以消除粗车时因切削力过大而产生的变形。
2.合理选择刀具的几何参数
精车薄壁工件时，要求刀柄的刚度高，车刀的修光刃不宜过长（一般取0.2～0.3mm），刃口要锋利。
3.增加装夹接触面积
使用开缝套筒或特制的软卡爪，增大装夹时的接触面积，使夹紧力均布在薄壁工件上，因而夹紧时工件不易 产生变形。
4.应用轴向夹紧夹具
车削薄壁工件时，尽量不使用径向夹紧，而优先选用轴向夹紧的方法。薄壁工件装夹在图所示的车床夹具体内，用螺母的端面来压紧工件，使夹紧力F沿工件轴向分布，这样可防止薄壁工件内孔产生夹紧变形。
5．增加工艺肋
有些薄壁工件可以在其装夹部位特制几根工艺肋，以增加刚度，使夹紧力更多地作用在工艺肋上，以减少工件的变形。加工完毕后，再去掉工艺肋，如图示。
6.浇注充分的切削液
浇注充分的切削液，可降低切削温度，减少工件热变形，是防止和减少薄壁工件变形的有效方法。
（三）车薄壁工件时切削用量的选择
针对薄壁工件刚度低、易变形的特点，车薄壁工件时应适当降低切削用量。实践中，一般按照中速、小吃刀和快进给的原则来选择。
六、训练检测：配套习题册
七、总结
（一）薄壁工件的加工特点
（二）防止和减少薄壁工件变形的方法
（三）车薄壁工件时切削用量的选择
（四）车削薄壁工件技能训练（视频演示）
八、布置作业：
1.配套习题册课题五相关习题 2.预习课文P315-316
九、教学反思：
本节课是理论课，不是实操课，通过采用目标教学法、视频演示法等方法，把同学们带进了轻松、活泼、愉快的学习气氛中，达到了事半功倍的作用。
十、板书设计：
课题 车削薄壁零件
（一）薄壁工件的加工特点
（二）防止和减少薄壁工件变形的方法 1．把薄壁工件的加工分为粗车和精车两个阶段 2.合理选择刀具的几何参数 3.增加装夹接触面积 4.应用轴向夹紧夹具 5．增加工艺肋 6.浇注充分的切削液
（三）车薄壁工件时切削用量的选择
（四）车削薄壁工件技能训练（视频演示）
总第 课时 星期 第 节 时间：
第九章
课题六
深孔加工简介
教学目标：1.熟悉深孔加工
2.掌握深孔加工的方法与排屑方式
德育目标：培养学生爱科学与合作精神 教学重点：深孔加工的方法与排屑方式 教学难点：深孔加工的方法与排屑方式 教学方法：目标教学法 视频演示法 教学课时：1课时
教学用具：多媒体 视频资料 教学课型：新授 教学过程：
课题 深孔加工简介
一、组织教学
点名考勤、稳定学生情绪、宣布上课
二、课前三分钟
三、复习提问
（一）薄壁工件的加工特点
（二）防止和减少薄壁工件变形的方法
四、导入语
同学们知道深孔加工时会出现什么情况呢？如果出现了状况应如何解决呢？这就是我们今天在教学中的重点，也是难点。
五、讲授新课
（一）深孔的概念与其加工简介
1.深孔深与孔径之比L/d>5的工件内孔称为深孔。2.加工简介
深孔一般在车床上加工。在加工深孔时，刀具细长而刚度低，同时存在着冷却困难、切屑不容易排出 的问题；且刀具在工件的内部切削，切削进行中的情况变化和刀具的磨损都无法直接观察到而较难控制。因此，深孔加工也是一种难度较大的加工工艺。深孔加工必须使用一些特殊刀具（深孔钻等）及特殊的附件，另外对切削液的流量和压力也有较高的要求。
（二）深孔加工的关键技术是深孔钻的几何形状和冷却排屑问题。（视频演示）1.用深孔麻花钻
近年来广泛使用的新槽形深孔麻花钻。它可以在普通车床上一次进给加工深孔。在结构上，通过加大螺旋角、增大钻心厚度、改善刃沟槽型、选用合理的几何角度和修磨钻心处等形式，较好地解决了排屑、导向、刚度等深孔加工时的关键技术。
2.用枪孔钻和外排屑
在加工直径为3～20mm的深孔时，一般采用枪孔钻。枪孔钻的几何形状如图示。枪孔钻是用高速钢或硬质合金刀头与无缝钢管的刀柄焊接制成的。刀柄上压有V形槽，是排出切屑的通道，前端的腰形孔是切削液的出口处。切削液的压力一般为0.35～0.9MPa。
用枪孔钻钻孔时，的棱边1和3承受切削力，并作为钻孔时的导向部分。高压切削液有空心导杆经腰形孔进入深孔的切削区域，切屑就被切削液从V形槽的切屑出口冲刷出去。由于枪孔钻是单刃，其钻尖偏离枪孔钻中心一个偏心距e，刀柄刚进入工件时，刀柄会产生扭动，所以必须使用导向套。
3.用喷吸钻和内排屑
钻削直径为20～65mm的深孔，当切削液的压力不太高时，可采用喷吸钻加工深孔的方法。喷吸钻的结构如图，它的切削刃交错分布在喷吸钻的两边，颈部有喷射切削液的小孔，前端有两个喇叭形孔，切屑在由小孔喷射出的高压切削液的压力作用下，从这两个喇叭形孔冲入并被吸进空心导杆，向外排出。
喷吸钻的工作原理如图示，喷吸钻头部用多线矩形螺纹连接在外套管上，外套管用弹簧夹头装夹在刀柄上，内套管的尾部开有几个向后倾斜30的月牙孔。当高压切削液从入口A进入管夹头中心后，大部分的切削液从内外套管之间，通过喷吸钻头部小孔进入切削区域；还有一部分切削液通过倾斜的月牙孔向后高速喷射，在内套管的前后产生很大的压力差。这样钻出的切屑一方面由高压切削液从前向后经两个喇叭形孔冲入内套管中，另一方面受内套管内前后压力差的作用被吸出，在这两方面的力量作用下，切屑便可顺利地从排屑杆中排出。
采用此种排屑方法的深孔钻是利用切削液“喷”和“吸”的作用使切屑顺利排出的，故称为喷吸钻。4.用高压内排屑钻
钻削直径为20～65mm的深孔时，可以用高压内排屑钻加工。
用高压内排屑钻加工深孔的工作原理如图示，高压大流量的切削液从切削液入口经封油头，通过深孔钻和深孔的孔壁之间进入切削区域，切屑在高压切削液的冲刷下经两个喇叭形孔从外套管的中间排出。采用这种方法，需要有较高压力（一般要求1～3MPa）的切削液将切屑从切削区域经外套管的内孔排出，因此称为高压内排屑。
与高压内排屑钻加工深孔的方法相比，使用喷吸钻时切削液的压力可低些，一般为0.8～1.2MPa，这样对冷却泵的功率消耗和对工具的密封要求都可以降低。因此，应尽可能采用较先进的喷吸钻来加工深孔。
六、训练检测：配套习题册
七、总结
（一）深孔的概念与其加工简介
o
（二）深孔加工的关键技术 1.用深孔麻花钻
2.用枪孔钻和外排屑 3.用喷吸钻和内排屑 4.用高压内排屑钻
八、布置作业：
1.配套习题册课题六相关习题 2.预习课文P351-355
九、教学反思：
本节课是理论课，不是实操课，通过采用目标教学法、视频演示法等方法，把同学们带进了轻松、活泼、愉快的学习气氛中，达到了事半功倍的作用。
十、板书设计：
课题 深孔加工简介
（一）深孔的概念与其加工简介
（二）深孔加工的关键技术 1.用深孔麻花钻 2.用枪孔钻和外排屑 3.用喷吸钻和内排屑 4.用高压内排屑钻
（三）车薄壁工件时切削用量的选择
（四）车削薄壁工件技能训练（视频演示）
总第 课时 星期 第 节 时间：
第十一章
课题一
基准及定位基准的选择
教学目标：1.掌握基准的概念及分类
2.掌握定位基准的选择原则
德育目标：培养学生爱科学与合作精神 教学重点：1.基准的概念
2.定位基准的选择原则 教学难点：定位基准的选择原则 教学方法：目标教学法 讲练结合法 教学课时：2课时
教学用具：多媒体 相关资料 教学课型：新授 教学过程：
一、组织教学
点名考勤、稳定学生情绪、宣布上课
二、课前三分钟
三、复习提问
（一）薄壁工件的加工特点
（二）深孔加工的方法有哪些？
四、导入语
同学们知道零件总是由若干表面组成，各表面之间有一定的尺寸和相互位置要求。零件表面间的相对位置包括两方面要求：表面间的距离尺寸精度和相对位置精度（如同轴度、平行度、垂直度等)。研究零件表面间的相对位置关系是离不开基准的，不明白基准就无法确定零件表面的位置。这就是我们今天要讲的基准与其一基准的选择，它们在教学中是重点，也是难点。
五、讲授新课（幻灯片放映）
课题
基准及定位基准的选择
（一）基准的概念
基准就其一般意义来讲，就是零件上用以确定其它点、线、面的位置所依据的点、线、面。基准按其作用不同，可分为设计基准和工艺基准两大类。
1.设计基准
设计零件图时用以确定其它点、线、面的基准，称为设计基准。
2.工艺基准
零件在加工和装配过程中所使用的基准，称为工艺基准。工艺基准按用途不同，又分为定位基准、测量基准、工序基准和装配基准。在选择工艺基准时应尽量使工艺基准与设计基准一致，但是工艺基准须随不同的加工方法而变更。
（1）定位基准是加工零件时以此确定刀具与被加工表面的相对位置的基准。
（2）测量基准是测量零件已加工表面位置及尺寸的基准。
（3）装配基准是装配时用于确定零件在模具中位置的基准，零件的主要设计基准常作为零件的装配基准。
（二）定位基准的选择原则
在最初的工序中只能选择未经加工的毛坯表面(即铸造、锻造或轧制等表面)作为定位基准，这种表面称为粗基准。用加工过的表面作定位基准称为精基准。另外，为了满足工艺需要在工件上专门设计的定位面，称为辅助基准。
1.精基准的选择
选择精基准应考虑如何保证加工精度和装夹准确方便，一般应遵循如下原则。
（1）应尽可能选用加工表面的设计基准作为精基准，避免基准不重合造成的定位误差。这一原则就是“基准重合”原则。
（2）当工件以某一组精基准定位，可以比较方便地加工其他各表面时，应尽可能在多数工序中采用同一组精基准定位，这就是“基准统一”原则。例如，导柱、复位杆、拉杆等轴类零件的大多数工序都采用顶尖孔为定位基准。
（3）当精加工和光整加工工序要求余量尽量小而均匀时，应选择加工表面本身作为精基准，而该加工表面与其他表面之间的位置精度则要求由先行工序保证，即遵循“自为基准”的原则。
（4）为了获得均匀的加工余量或较高的位置精度，在选择精基准时，可遵循“互为基准”的原则。
（5）精基准的选择应使定位准确，夹紧可靠。为此，精基准的面积与被加工表面相比，应有较大的长度和宽度.以提高其位置精度。
2.粗基准的选择
粗基准的选择影响各加工面的余量分配及不需加工表面与加工表面之间的位置精度。这两方面的要求常常是相互矛盾的，因此在选择粗基准时，必须先明确哪一方面是主要的。
（1）如果必须首先保证工件上加工表面与不加工表面之间的相对位置要求，一般应选择不加工表面为粗基准。如果在工件上有很多不需加工的表面，则应以其中与加工表面的位置精度要求较高的表面作粗基准。
（2）如果必须首先保证工件某重要表面的余量均匀，应选择该表面作粗基准。如图2所示为冲压模模座粗基准的选择。此时应以下平面为粗基准，然后以下平面为定位基准，加工上表面与模座其他部位，这样可减少毛坯误差，使上、下平面基本平行，最后再以上平面为精基准加工下表面，这时下平面的加工余量就比较均匀，且较小。
（3）粗基准的表面应尽量平整，没有浇口、冒口或飞边等其他表面缺陷，以便使工件定位可靠，夹紧方便。
（4）粗基准一般只能使用一次，即不能重复使用，以免产生较大的位置误差。
六、训练检测：配套习题册
七、总结
本节课主要讲的是基准的概念及相关基准的分类、定位基准的选择原则它们是本节的重点内容，更是难点内容，请同学们在课下一定要牢记。它们是在今后岗位的奠基。
八、布置作业：
1.配套习题册课题一相关习题 2.预习课文
九、教学反思：
本节课是理论课，不是实操课，通过采用目标教学法，把同学们带进了轻松、活泼、愉快的学习气氛中，达到了事半功倍的作用。
十、板书设计：
课题
基准及定位基准的选择
（一）基准的概念
1.设计基准
2.工艺基准
（1）定位基准（2）测量基准（3）装配基准
（二）定位基准的选择原则 1.精基准的选择
薄壁零件加工工艺方法研究 篇4
关键词：复杂曲面,薄壁零件,加工工艺
1 问题的提出
众所周知, 导致薄壁件难加工的主要因素是变形与振动:变形包括因工件刚性差产生的变形、加工中因装夹力或切削力产生力矩引起的变形、热处理引起的变形等;而加工中产生的振动又极易引起零件的变形。两者互相影响, 共同作用, 使薄壁件的加工显得很困难。
我公司某新产品机头采用了双层分流结构, 该结构中的关键零件——隔套, 就是一个大型复杂曲面薄壁零件, 其形状结构特殊, 热处理变形及加工变形都很大, 而且图纸精度要求高。如果采用常规加工方法, 则尺寸及形位公差都难以保证。
零件简图如图1所示。
2 零件特点分析
零件左端壁厚10mm, 右端为内、外角度锥体, 内、外锥体高点处厚度约58mm, 锥体最右端为倒圆R1的尖角, 总长近850mm, 两端壁厚落差较大, 锥体结构复杂, 加工振动和变形, 以及热处理变形都会很大。
零件要求硬度≥500HV, 芯部硬度250~280HB, 渗氮层深0.4mm。
3 理论分析及解决方案
针对该零件薄壁及有复杂曲面的特征, 采用毛坯种类为锻件, 并在粗车后进行调质处理。采用毛坯锻件, 能使金属内部纤维组织按轴向排列, 分布致密均匀, 从而可获得较高的抗弯、抗拉、抗扭转强度。35Cr Mo是合金结构钢, 综合机械性能良好, 粗车后进行调质处理, 可以避免因锻坯表面脱碳、锈蚀、氧化皮等影响零件的淬透性和淬硬性, 起到调整机械性能、去除内应力、稳定组织的作用。经淬火后高温回火具有良好的综合力学性能, 具有较高的强度、较好的韧性和塑性。
针对零件各部分不同形状, 采用分步骤加工方法:粗车外圆及内孔→除应力→半精车外圆及内孔→时效处理→精车外圆及内孔留放磨量→粗外磨及内磨→低温时效→外磨及内磨→自然时效→精外磨及内磨→精车加工零件内外锥体部分。采用粗、精加工间隔进行, 最后进行精加工, 这样经过多次加工后, 逐渐减少零件的变形误差。同时对车削、内圆磨削、外圆磨削都提出了分多次进刀、每次进刀少余量切削的要求, 使加工后零件的精度达到稳定的状态。因为零件结构比较特殊, 左端为薄壁套, 右端为四段内、外锥体, 右端面处几乎为尖角, 所以加工时装夹困难、易发生变形。针对这一情况, 工艺采用了右端内、外锥体先作成直的内、外圆以利于装夹, 最后再加工成形。左端薄壁套处装夹时, 利用工装夹具克服夹紧力造成的变形。车削过程中, 车床使用精密刚性数控机床CK6163, 振动小。粗车时, 零件右端内外锥体部分均车为直外圆及直孔, 方便后道工序装夹。半精车时, 车出外锥体α角部分留精车量, 另一部分仍保持直外圆。β、θ角内锥体部分留精车量。该过程中, 因零件壁薄、自身重量大, 三爪直接夹持会产生较大装夹变形。工艺采用内孔用垫套垫实、外圆装开槽弹性夹套后, 再用三爪夹持的方法, 使零件不被夹扁。半精车时, 头架转速在70~90r/min之间, 每次进刀量0.2~0.3mm;精车时, 头架转速在50~60r/min之间, 每次进刀量0.1~0.15mm。在加工中, 要求多次进刀, 并适当调整夹紧力的方法辅助。在最终的精加工前适当放松夹具后再夹紧零件, 使加工应力充分释放。
零件装夹示意图如图2所示。
外磨工序中, 设备为M1450B万能外圆磨床。采用外磨心轴装夹工件, 以半精车过的内孔作为定位基准, 半精车过的θ角内锥体部分顶紧后, 两顶尖顶起外磨心轴, 磨削准355外圆。内磨工序中, 因零件外圆尺寸已超出磨床中心架装夹范围, 故采用组合夹具V型支撑已磨过的外圆, 带动板带动零件旋转后磨削内孔, 保证尺寸及形位公差。磨削过程分粗、精磨, 精磨时要求多次进刀, 头架转速20~40r/min, 砂轮转速30~40m/s, 精磨每次进刀量0.01mm。
最后由CK6163数控车床分粗、精车右端内、外锥体至图纸要求。装夹时仍采用内孔、外圆用工装夹具垫实后, 再用三爪夹持的方法。
在零件进行氮化处理后采取研抛的方法降低零件的表面粗糙度。氮化后的零件硬度很高, 氮化变形很小, 此时研磨抛光后, 零件的表面粗糙度会降低。
在粗、精加工中间加入多次热处理除应力及人工时效的方法, 使加工产生的应力逐渐并充分释放:淬火 (加热温度860℃, 油冷) →高温回火 (加热温度600℃, 空冷) →除应力 (两次除应力, 第一次加热温度580℃, 空冷;第二次加热温度350℃, 空冷) →时效 (加热温度180℃, 空冷) →离子氮化 (采用工艺装备及控制变形措施) 等热处理方法与加工方法穿插进行, 加热温度逐渐降低, 保持适当保温时间, 调整冷却方法和冷却温度, 逐级减少加工余量, 消除应力及变形。同时要求加工工序多次进刀、每次进刀少余量切削, 以减少振动及变形。人工时效采用铜棒敲击, 相当于振动时效, 消除应力。在薄壁件的加工中, 切削热是影响零件精度的重要因素之一。要求车削、磨削时采用乳化冷却液的充分冷却, 使零件切削热充分散发、零件温度降低, 也减小了零件的热变形。
4 结语
铝合金薄壁腔体零件加工工艺研究 篇5
【关键词】铝合金薄壁腔体零件；铣削加工；加工精度；加工变形
1.引言
影响铝合金薄壁腔体零件的加工精度和表面质量的主要因素是该类零件加工过程中容易变形。解决铝合金薄壁腔体零件在加工过程中的变形问题，就能提高该类零件铣削加工的工作效率，提高零件的精度和质量，实现产品快速生产。
2.薄壁零件加工变形的原因
分析铝合金薄壁腔体零件的加工过程，该类零件一般由铝合金板整体加工而成，该类零件金属去除量大、刚性低，在加工过程中会因残余应力、装夹力、切削运动三方面因素引起变形。
2.1 残余应力
金属材料在形成过程中，金属晶体的排列不是理想状态的整齐排列，晶体的大小和形状不尽相同，存在原始的残余应力，随着时间缓慢释放，产生一定的形变。另外，金属切削过程中，切削的塑性变形和刀具与工件间的摩擦热，使已加工的表面和里层温差较大，产生较大的热应力，形成热应力塑性变形。
金属切削过程中产生的变形并不是单一的原因造成的，往往是几种原因组合作用的结构，而且这种组合作用在加工过程中不是一成不变的，随着加工进行的不断变化，究竟哪一种原因对变形的影响最大，很难进行判断，只能从引起变形的原因入手，采取相应的工艺方法，尽量减小加工变形。
2.2 装夹力
由于铝合金薄壁腔体零件的壁比较薄，无论采用台虎钳装夹还是卡盘装夹，都会产生横向或径向的装夹力，不可避免会产生装夹变形。装夹变形程度跟装夹力的大小有关，装夹力如果很大，就会形成不可恢复的塑性变形；如果较小，就会形成弹性变形，弹性变形会在零件卸载后恢复，但切削加工是在弹性变形没有恢复的时候进行的，单一弹性变形的恢复会为加工后的零件带来新的变形。
2.3 切削运动
切削过程是刀具和工件相互作用的过程，该过程使刀具从工件上去除部分材料。切削运动使材料的晶体颗粒间产生挤压、拉伸、拉断等现象，这些现象会使晶体的原子间产生位移，形成不可恢复的塑性变形。
3.控制、减小铝合金薄壁腔体零件加工变形的工艺方法
分析铝合金薄壁腔体零件在加工过程中变形的原因，结合日常加工生产经验，我们从工艺流程、热处理、装夹方式和切削加工四个方面着手，对控制、减小铝合金薄壁腔体零件加工变形进行研究和探讨。
3.1 优化工艺流程
工艺流程可以将粗、精加工分开，粗加工完成后，对零件进行热处理，将零件的切削应力和残余应力充分释放，再进行精加工，零件的加工质量会得到很大程度的提高，实行粗、精加工分开有以下几方面优点：
（1）减小残余应力对加工变形的影响。粗加工完成后，可以采用热处理将零件粗加工产生的应力去除，减小应力对精加工质量的影响。
（2）提高加工精度和表面质量。粗、精加工分开，精加工只是加工较小的余量，产生的加工应力和变形较小，能较大程度提高零件的质量。
（3）提高生产效率。由于粗加工只是去除多余的材料，为精加工留足够的余量，所以不过多考虑尺寸和公差，有效发挥不同型号机床的性能，提高切削效率。
3.2 热处理
零件经过切削加工后，加工表内的金属组织结构会发生很大变化，加上切削运动的影响，会产生较大的残余应力，为了减小零件的变形，需要将材料的残余应力充分释放。
铝合金薄壁腔体零件一般采用低温退火的热处理方式。低温退火热处理的温度（170℃-190℃）低于再结晶的温度，不会影响零件的强度和硬度；低温退火热处理虽然不能完全去除零件的应力，但可以去除其中的大部分，剩余的部分应力，对零件加工变形的影响较小；低温退火热处理可以通过适当的保温时间达到要求的去应力效果。
3.3 改进装夹方法
在普通零件的加工过程中，装夹方式通常采用台虎钳装夹，对于圆形零件，也可以采用卡盘装夹的方式，无论是台虎钳装夹还是卡盘装夹都会不同程度产生装夹应力。装夹应力和零件卸下后的弹性恢复会使零件产生一定的变形，在粗加工阶段，由于只是去除多余的材料，可以采用台虎钳装夹。
在精加工过程只能够，必须改进装夹方式，减小装夹变形的影响，以达到设计要求的尺寸精度和形位公差。
铝合金薄壁腔体零件在受力情况下很容易变形，加工这类零件，工艺上首先要解決的是装夹引起的加工干涉问题。在铝合金薄壁腔体零件加工过程中可以参照以下方式解决装夹问题：
真空吸附装夹方式：将工件放在吸盘上，并用配套的特种密封条将其底部与外界隔开，接着将底部抽真空，当压力表显示真空达到指示值时，工件相当于加有一定的压力。如图1所示：
防变形装夹方式：将零件通过销钉定位，连接到安装夹具上进行加工，加工过程中台虎钳装夹的是安装夹具，不与发生零件接触；同时，零件在组装和应用时是以销钉定位的，所以加工中心以对应的销钉孔作为装夹定位基准，将更好的接近设计和使用要求，在夹具实际上也应该以对应销钉孔为基准来控制夹具的中心和方位。如图2所示：
3.4 高速切削加工
高速切削加工有三个优点：高效率、高精度和高编码质量、低切削温度和低切削力。切削过程中，影响工件表面质量的主要因素有切削时产生的积屑瘤、磷刺、振动以及切削刃的刃磨质量、工件材料组织缺陷、切削液使用情况等，高速切削与普通切削相比，切削深度块、材料变形速度快、应变率大，不易产生积屑瘤、磷刺。同时，由于切削速度较快，切削热大部分被切屑带走，切削表面来不及产生塑性变形，铣削加工加工已完成。
高速切削加工过程中产生的应力可以控制在很小的范围，这为高精度薄壁零件提供了可能和技术支撑，并大大缩短了加工周期，同时较好的保证了零件的尺寸精度和表面质量。
4.结语
铝合金薄壁腔体零件加工过程中，从优化工艺流程、热处理、改进装夹方式、高速切削加工四个方面综合考虑，结合零件的结构特点，制定合理的工艺流程和加工方案。就可以解决了零件加工变形问题，提高了零件的加工精度和表面质量。
参考文献
[1]李华.机械制造技术[M].机械工业出版社，1997.
[2]徐宏海.数控加工工艺[M].化学工业出版社，2004.
[3]张森堂.高效加工与加工策略[M].
作者简介：
周思吉，男，大学本科，工程师，主要研究方向：机械设计及其自动化。
薄壁零件加工方法研究 篇6
【关键词】薄壁零件；加工变形；工艺措施；误差补偿；高速切削
薄壁零件通常也叫薄壳零件，这类零件的壁厚和它的轴向或径向尺寸比较相差很悬殊，一般认为零件的壁厚与零件最大尺寸比值小于1/20时，就属于薄壁零件。由于这类零件具有重量轻，节省材料，结构紧凑，占空间位置少等特点，因此在机械、航空航天、船舶等很多领域中有较广泛的应用。当然这类零件的加工方法有多种，例如车削、冲压、焊接、滚压等，但对于一些截面比较复杂而尺寸精度和表面粗糙度要求又比较高的薄壁零件，经常采用车削的方法来加工，因此车床上车削加工薄壁零件是一种很重要很普遍的加工方法。
在实际车削加工过程中，由于薄壁零件的毛坯刚性差、强度弱，所以容易发生变形，导致零件的几何精度、位置精度、表面质量等受到影响，易保证零件的加工质量，给车削加工带来一定的困难。因此如何提高薄壁零件的加工精度，减少加工变形，保证产品合格率是业界内越来越关心的话题。因此对薄壁零件切削过程中的常见问题及解决方法作如下讨论。
1.工件装夹不当产生变形
薄壁零件在夹紧力的作用下容易产生变形，影响工件的尺寸精度和形状精度。车削时为了方便，常采用三爪自定心卡盘装夹工件，如图所示，用三爪自定心卡盘装夹薄壁圆柱零件外圆加工内孔时的示意图。当卡爪夹紧工件时，由于卡爪和工件外圆表面间的接触面太小，导致夹紧力分布不均匀，在夹紧力的作用下，工件与卡爪接触的部位产生弹性变形，使零件呈现出三棱形如图1。三棱形内孔经过车削加工为圆柱孔后，不松开卡爪测量孔的尺寸，完全能符合零件图所规定的尺寸要求如图2。但由于内孔的加工是在工件已产生弹性变形的状态下车出来的，加工完毕松开卡爪后，卸下的工件外圆因弹性变形恢复成圆形，而已加工出的圆柱孔则变成三棱形，如图3所示。
同理用一般三爪卡盘的卡爪涨紧薄壁件的内孔加工外圆表面时，也会出现类似的变形情况。
为避免出现这种情况，可用措施如下：
1.1采用开口过渡环
根据工件的外径做一个开口过渡环，将其装配在工件在外面，三爪卡盘直接和过渡环接触夹紧，而工件则通过开口过渡环来夹紧，这样夹紧力也就均匀分布在极大的工件接触面上，可避免工件的装夹变形，如图4所示。
1.2采用专用卡爪
专用卡爪也就是软卡爪，采用软金属材料并加大接触面，工件夹紧时夹紧力就能较均匀地分布在较大的工件接触面上，可有效地避免装夹变形。使用软卡爪装夹薄壁零件是一种即简便又行之有效的装夹方法，软卡爪可根据工件的实际情况做成不同的形状。为提高定位精度，在使用卡爪前，应使其在夹紧或涨紧状态下，根据工件尺寸对其定位基面精车一刀，使它和工件定位基准尺寸一致，如图5所示。
1.3变径向夹紧为轴向夹紧
由于薄壁零件径向刚性比轴向差，为减少夹紧力引起的变形，当工件结构允许时，可采用轴向夹紧的夹具，以改变夹紧力的方向，如图6所示。
1.4增加套类薄壁件毛坯刚性
在零件的夹持部分增设几根工艺肋或凸边，使夹紧力作用在刚性较好的部位以减少变形，等加工终了时再将肋或凸边切去，如图7所示。
2.切削力引起变形
当刀具切入工件挤压被切削金属时，材料内部晶粒变形，分子之间产生滑移，形成材料与晶粒之间的内摩擦。当切屑形成后，它又沿着刀具前面排出，切屑和刀具前面之间、刀具后面和工件加工表面之间形成外摩擦。内、外摩擦力在切削过程中作用在刀具上，阻止刀具进行切削，形成切削抗力即切削力。它是由几个分力组成的空间力，为便于分析计算，一般将其分解为相互垂直的三个力：主切削力、径向切削力和轴向切削力。
径向（轴向）切削力使刀具在切削过程中产生径向（轴向）反作用力，使工件产生弹性变形和振动。若工件不同部位刚度不同，则在切削加工时产生的弹性变形也不同，使刀具实际切去的材料厚度不同，最终导致工件产生变形。
例如工件两端刚度好，越靠近中间刚度越差，则在径向切削力的作用下，越靠近中间产生的弹性变形越大，即“让刀”越严重，致使刀具在两端切去的金属多，中间切去的金属少，则加工的工件呈现中间厚，两端逐渐减薄的曲面形状。
轴向切削力同样由于工件从中心到外径处刚度的不一致，产生不同的弹性变形，最终导致工件端面不再是一个平面而呈现一个凹心面或凸肚形状。
在实际切削加工过程中，切削力是必然存在不可消除的，但可以采取有效措施来改变切削力的大小，从而减小工件因切削力而产生的变形量，提高加工质量。对切削力有影响的因素有很多，主要归纳为几下几方面：
2.1刀具的几何参数
2.1.1前角
在一定范围内，切削力随前角增大而减小。因为前角的大小，决定着切屑变形情况和切屑与刀具前面的摩擦情况，若前角增大会使切屑变形和摩擦均减小，切削力减小。但前角不能太大，否则会使刀具的楔角减小，刀具强度减弱，刀具散热情况差，磨损加快，所以，一般车削钢件材料的薄壁零件时，用硬质合金刀具，前角取 5～20°，粗车时取小值，精车时取大值。
2.1.2后角
一般情况下，切削力会刀具后角的增大而减小，因为后角决定着刀具后面与工件切削表面之间的摩擦力大小，后角大，摩擦力小，则切削力减小。但后角也不能太大，否则会引起刀具强度减弱等不良后果。在车削钢类薄壁件时，硬质合金刀具后角取2～12°，粗车时取小值，精车时取大值。
2.1.3主偏角
刀具主偏角 在30～60°时，主切削力随主偏角的增大而减小；主偏角在75 ～90°时，主切削力随主偏角的增大而增大；通常主偏角在60～75°时，主切削力较小。此外，主偏角的增大，使轴向切削力增大，径向切削力减小。车削套筒类薄壁零件的外圆表面时，取大的主偏角。
2.1.4刃倾角
刃倾角的变化，对主切削力的变化不大，但对轴向、径向切削力的影响却很大。实验表明，当刃倾角增大时，使轴向切削力增大，径向切削力减小。
2.2切削用量的选择
车削过程中，背吃刀量和进给量增大时，切削面积将增大，导致切削力增大。但当切削面积相同时，增大进给量比增大背吃刀量对切削力增大的影响要小。所以，粗加工时，背吃刀量和进给量可以取大些，背 吃 刀 量 一 般 在 0.2～2mm，进 给 量 一 般 在0.2～0.35mm/r：精加工时，背 吃 刀 量 一 般 在 0.2～0.5mm，进 给 量 一 般 在0.1～0.2mm/r 甚至更小。
当切削速度大于50m/min时，随着切削速度的增加，前刀面上的摩擦系数减少，剪切角增大，变形系数减小，切削力将减小。因此粗车时要选用50～80m/min，精车时用尽量高的切削速度，可选用60～120m/min，但不易过高。因此在切削加工时，需合理选用三要素才能有效减少切削力，从而减少变形。
3.切削热引起变形
在车削过程中，由于切屑变形和切屑、刀具、工件间的摩擦，产生大量的热，它传到刀具上使刀具的硬度降低，加速刀具的磨损，使工件加工表面光洁度降低，它传到工件上，使工件产生热变形。使用切削液能够吸收并带走切削区域大量的热量，减小工件因热变形产生的误差，切削液还能渗透到工件和刀具之间，减小摩擦并冲走吸附在刀具和工件上的细小切屑。因此合理地使用切削液能减小切削力，提高刀具耐用度，提高加工表面质量，使工件不受切削热的影响而产生变形，保证加工精度要求。车削钢类薄壁零件时，一般建议使用乳化液，而工件表面质量要求高时使用矿物油较好。
4.振动影响精度
车削薄壁工件时，变形与振动相互影响，使工件变形加剧，影响工件加工精度。虽然振动不可能完全消除，但采取必要的措施可以减少振动。
（1）调整车床的主轴、刀架、床鞍等运动部件的间隙，使其处于最佳运转状态，加强工艺系统自身的刚度。
（2）使用吸振材料。
用软橡胶片、橡胶软管、泡沫塑料等吸振材料，填充或包裹工件后进行车削，有减振甚至消振的作用。薄壁工件内孔精加工完毕后，精车外圆前可将预先准备好的软橡胶片卷成筒状，塞入工件孔内，当工件旋转时，在离心力的作用下橡胶片将紧贴孔壁，能阻尼减振并防止振动的传播，若薄壁工件的外圆已完成精车，需继续精加工内孔时，可将软橡胶胶管均匀地绕在工件外圆上，也能获得较少振动的效果。
（3）远离振源。
车削中途发生振动应立刻停止，先用降低主轴转速、减小背吃刀量、增大进给量的方法消除振纹。然后对刀具几何角度是否合格，工艺系统刚度的好坏等进行仔细检查，无误后重新开始车削。
5.工艺路线的拟定
薄壁零件由于本身刚度差，易变形，因此其工艺过程可划分为粗车、半精车和精车三个阶段来拟定工艺路线。在粗车中产生的误差和变形可以通过半精车和精车给予修正，并逐步提高零件的精度和表面质量，得到合格产品。
在考虑工艺路线时还应重视热处理的安排。在毛坯形成后，粗车前之前应安排人工时效处理，这可消除毛坯制造过程中产生的残余应力，为粗车减少变形量。在粗车后，精车前，必须再安排 一次或多次时效处理，以消除粗加工时产生的应力。对于提高工件表面硬度、改善工件表面力学性能的淬火、渗碳淬火等热处理通常安排在半精加工和精加工之间。
6.薄壁零件新型加工方法
6.1误差补偿技术
薄壁零件的数控加工技术是现代制造企业的核心技术，误差补偿技术应用于薄壁零件加工是通过分析各种不同的误差来源及变化规律，建立适当的误差模型进而有效克服切削力变形、热变形等数控机床加工误差因素的影响，提高零件加工精度。其中南京航空航天大学何宁教授提出的刀具偏摆数控补偿工艺，基本思想是通过建立受力模型、变形模型及数控补偿模型得到数控补偿方案，是使用有限元分析法，模拟分析切削加工时变形的大小，在数控编程时通过刀具偏摆，让刀具在原运动轨迹基础上按变形程度附加连续偏摆，补偿因变形而产生的让刀量，实现一次清除让刀残余材料，使薄壁零件壁厚精度得以保证。从而保证加工精度。数控补偿工艺需配备高精度五轴数控机床，适用于高端制造行业，如航天航空加工中。
6.2高速切削加工技术
高速切削是当今制造业中一项快速发展的新技术，一般认为应是常规切削速度的5～10倍。在工业发达国家，高速切削正成为一种新的切削加工理念。切削温度、切削力通常随切削速度升高而升高，但超过一定范围后，反而随切削速度的升高而下降，如图8所示。所以高速切削薄壁零件具有以下优越性：
（1）高速切削时，由于采用极小的切削深度和很窄的切削宽度，因此和常规切削状态下的切削力相比至少可减小30%，所以在加工薄壁、薄板类零件时可减小加工变形，易于保证零件的尺寸精度和形位精度。
（2）高速切削时由于切削热的95%将被切屑带走，工件温度升不高，工件的热变形小，这对于减小薄壁、薄板类零件的变形非常有利。
（3）由于工件的表面粗糙度对低阶频率最为敏感，而高速切削时，刀具切削的激振频率很高，远离了零件结构工艺系统的低振频率范围，不会造成工艺系统的受迫振动，从而避免切削振动，实现平稳切削降低了表面粗糙度，使加工表面非常光洁，可达到磨削的水平。
（4）高速切削加工允许使用较大的进给率，比常规切削加工提高5-10倍，单位时间材料切除率可提高3-6倍，加工效率得到很大提高。
图8 高速切削区概念
超高速机床是实现超高速切削的前提条件和关键因素，因此机床制造难度大，刀具和计算机辅助设计生产软件等技术含量高，价格昂贵，投资很大，目前国内的高速切削水平和国外相比还有较大的差距。
本文介绍薄壁零件常见种类及特点，分析了薄壁零件在加工中较易出现的一些问题并提出了相应解决方法，希望在实际生产加工过程中能有一定的借鉴性。另外对薄壁零件高精度、高效率加工的几种新型方法作了简单的阐述，虽然这些技术在国内加工水平还不够成熟，但只要我们紧跟世界各种先进切削技术发展步伐，加强对薄壁零件加工方法及工艺技术的研究，肯定会缩小与发达国家的制造能力上的差距，使各种先进制造技术得以推广发展。
【参考文献】
[1]邹积德.机械制造工艺与夹具应用[M].北京.化学工业出版社，2010，7.
[2]晏丙午.高级车工工艺与技能训练[M].北京.中国劳动社会保障出版社，2006，7.
[3]陆剑中，孙家宁.金属切削原理与刀具[M].北京.机械工业出版社，2011，7.
[4]许兆丰.车工工艺学[M].北京.机械工业出版社，2004，5.
薄壁螺纹零件的滚压加工工艺 篇7
【关键词】球头销;车削加工;滚压;装配质量
采用数控车床加工球头销精车球头销球头时因球头直径小，线速度低，球面粗糙度难于满足设计要求，且球径尺寸精度比较差，离散度大，形位偏差值较大。采用滚压工艺能使球径尺寸更稳定，离散度小，形位偏差值较小，对产品装配质量有显著提高。以下是两种加工工艺方法比对：
1、工艺方法
采用数控车床加工工艺：下料→数控车粗车球头→精车球头→球头抛光；采用滚压工艺：下料→数控粗车球头→球面滚压。通过对比可知：
（1）采用数控车床加工工艺车球头销球头解决球面粗糙度的办法是靠抛光处理，采用球面滚压工艺解决球面粗糙度的办法是靠模具对球头进行滚压。球面抛光易降低球头球径尺寸精度，球形偏差值也会变大，影响产品的装配质量；球面滚压工艺则会提高球面球径尺寸精度和球形偏差值，改善产品装配质量。
（2）采用数控车床加工球头销，需增加球面精车工序，且球径尺寸离散度较大；采用球面滚压工艺，球头球面只需粗车，滚压余量在0.10mm左右，经滚压后的球面尺寸精度比数控车床精车球面更高，更稳定，且效率更高。表1是加工球径Sφ20mm产品的两种工艺方法数据比对：
（3）经过滚压后的球头销球面由于加工硬化的缘故，形成硬化层，硬度值有所提高，提高球头的耐磨性。
2、装配质量对比
（1）采用采用数控车床加工工艺加工的球头销由于球径尺寸离散度比较大，需对球头进行分组，根据不同的球径尺寸，选择相对应的装配方案，采用不同的模具，产品质量比较难控制。采用球面滚压工艺由于尺寸稳定，实现统配，产品质量稳定。
（2）产品的灵活性：采用采用数控车床加工工艺加工的球头销，由于球头球形偏差值较大，易出现卡死的现象，出现假游隙的现象，质量不稳定，返工率高；采用球面滚压工艺加工的球头销由于球形偏差值小，产品灵活性好，产品游隙值稳定，质量稳定性好且可靠，基本无需返工处理。
（3）采用球面滚压工艺加工的球头销由于球面滚压加工形成硬化层，提高球头的耐磨性，产品的寿命也得到提高。
3、结束语
采用球面滚压工艺加工的球头销（球径Sφ20mm），对球头车加工要求比较低，滚压后精度更高，生产效率高，滚压加工的效率为5秒/件，精车球面+抛光处理效率约为10秒/件，有利于降低生产成本，提高产品质量；但由于滚压加工工艺球头精度取决于模具的加工质量，因此，对模具的材料、加工质量水平、热处理等的要求至关重要，可以采用废旧滚丝模改制，效果优良，同时也降低生产成本。