铝合金薄壁零件

铝合金薄壁零件（精选12篇）

铝合金薄壁零件 篇1

航空发动机作为飞机的心脏, 是集尖端设计技术和尖端制造技术于一身的高精密机械体, 故每个发动机零件都受严格的尺寸和技术条件控制, 能否检测准确真实的反映加工情况同样重要, 铝合金由材料自身具备质轻, 易加工等多个优点被越来越多的应用于航空领域, 但具备优点的同时铝合金也受到加工自身温度变化和外界环境温差等因素影响检测的真实值, 通过数据积累和实践应用得出温度补偿技术, 从而解决温度对铝合金加工和检测的影响。

1 零件加工背景和问题

1.1 零件加工背景

本文中主要以美国普惠公司 (Pratt&Whitney Group) 铝合金零件为例进行论述, 大型薄壁铝合金零件是指零件直径在φ700-1500mm或更大直径, 壁厚在2.184-3.04mm之间, 零件结构多半封闭型面, 该类零件多为发动机机匣外罩或低压压气机外套, 由于零件壁薄易变形, 所以对加工和检测要求都极其严格。例如PW2000机型的低压压气机5级环罩, 轮廓以曲面为主, 最大外径尺寸φ820mm, 高66.116mm, 型面壁厚2.667±0.127mm, 技术条件最严要求为0.05mm (见图1) 。

1.2 问题

零件加工时刀具和数控程序经过验证完全适合加工, 加工过程中测量值与加工情况相符, 加工后测量值也符合工艺要求, 但零件进入最终产品检测得出的结论却与加工过程中检测的结论有很大差异, 这个差异往往造成零件超差甚至报废。

2 温度补偿技术

2.1 影响因素

经过分析, 得到铝合金受外界环境温度影响热胀冷缩, 影响是多方面的:

首先, 零件在加工中零件表面被冷却液冷却而零件内部温度仍然很高, 所以零件会有所膨胀, 测量值并不真实;

其次, 加工后过程检验在加工现场室内温度不固定的情况下检测和最终在检验室常温温度20摄氏度环境下检测的结论都会受温差的影响产生误差;

第三, 现场加工过程中使用的标准件材质大多为工具钢, 膨胀系数0.0000117远低于铝合金的0.0000225, 所以在同一环境下二者的变形量不同, 利用标准件 (在室温下检测并标刻的实际值) 检测零件也会产生测量误差导致零件最终超差。

2.2 温度补偿技术

温度补偿技术的引入就是针对铝合金零件在加工过程中检测和产品最终检测等环节中零件本体内外温差, 零件与检测标准件间温差及零件所在环境间温差造成零件检测差异的补偿, 确保产品检测结论的真实性和准确性。

针对这些因素, 我们对零件现场加工后检测数据进行记录, 并使用红外线测温仪对零件和标准件温度进行测量记录, 之后再与零件进入标准室温 (20℃±2℃) 的检验室检测的数据进行对比, 经过反复的数据对比和分析找了零件直径尺寸受温度影响的主要原因:零件加工过程中产生的大量切削热虽然被铝削带走, 同时也有冷却液对零件进行冷却, 但加工中测量是与加工穿插进行的, 零件温度不会立即降到测量用标准件的温度, 这样的测量得到的并不是零件真实值;另外一个次要因素是生产厂房温度, 经过长期的生产经验厂房的温度在夏季与冬季也存在一定温差, 也会影响零件测量的真实值。并且我们从不同零件和尺寸的数据对比来看, 零件自身直径越大, 这种误差也越大。

通过对数据的对比分析, 我们建立了一个零件测量直径尺寸, 零件温度值, 测量用标准件温度值, 零件膨胀系数和标准件材质膨胀系数对直径测量变化量之间的函数关系:

S:直径的变化量/C1:零件温度/B1:零件的膨胀系数/C2:标准件的温度/B2:标准件的膨胀系数/L:测量直径的尺寸

根据上面的公式, 现场加工中零件的直径尺寸应该为L+S, 当S为负值时, 零件的直径尺寸会变小, 当S为正值时零件的尺寸会变大。

2.3 温度补偿表

由于温度有一个变化范围, 操作工人不可能在每次测量后都进行一次繁琐的计算, 为了方便直接应用, 随时查看变化量, 我们专门制作了一个EXCEL表格, 称为温度补偿表, 表格里面编辑了计算需要的每个元素以及计算公式。当输入不同的直径数值时, 相应的变化量是不一样的。标准温度为20℃, 当零件温度和标准件温度都是20℃时, 零件的尺寸不会发生变化。

3 温度补偿技术实际应用

我们还以开篇提到的零件实际加工中应用温度补偿变进行补偿为例, 零件1B6755型面点外径尺寸为φ725.75±0.127mm, 其温度补偿表如下:

当标准件温度为22℃, 零件温度为23℃时, 零件实际尺寸为φ725.75+0.032。

上表中标准件温度、零件温度、零件的膨胀系数和标准件的膨胀系数为固定值, 零件尺寸为输入值。

有了温度补偿表大大方便了温度补偿技术在实际加工中的应用, 条件允许的情况下, 最好采用精度为0.5℃的温度测量计。标准件的温度测量完成后就可以通过表格查找出直径的变化量。然后根据变化量补偿加工零件。温度补偿技术可以全面应用于大型薄壁铝合金类零件的加工和检测中。

4 经验总结

铝合金加工与温度补偿技术的配合应用, 保证了在各种环境中使用不同材质测量工具都能得到真实的测量值。关键点就在于准确的测量温度, 测量时要保证温度稳定后再去补偿, 因为零件表面温度并不是整个零件真实温度的表现, 加工热大部分集中于零件内部, 温差测量后要做的就是准确的测量了。这样技术的应用大大的提高了大型薄壁铝合金零件的加工质量, 并得到了很好的推广应用, 航空领域零件的设计水准正在不断提高, 也同样对加工行业提出了更高的要求, 不断探索新的加工技术是保证高精尖产品完美交付的基础。

摘要：铝合金材质由于密度小, 加工性强等特点被越来越多的应用于航空领域, 大型薄壁铝合金零件多为航空发动机零件。该类零件的加工受到材质自身膨胀系数大和外界环境温度差异等因素影响较大, 测量值和真实值之间存在误差, 往往会导致零件加工超差或报废。本文主要针对以上两点影响因素进行分析研究, 分析使用温度补偿技术对铝合金零件加工质量进行控制, 最后将该技术实际应用到生产中。

关键词：铝合金,航空发动机零件,膨胀系数,温度补偿

参考文献

[1]金属切削手册.技术中心金属研究室.

[2]高等数学.高等教育出版社.

[3]PWA360.普拉特惠特尼公司标准[Z].

[4]AMS4132.美国航空材料标准[Z].

[5]机械零件设计手册[M].北京:机械工业出版社.

[6]金属切削技术指南.山特维克可乐满[Z].

铝合金薄壁零件 篇2

一、简析薄壁零件数控车工加工工艺的特征

1.薄壁零件的规格不一(即：外廓尺寸远远大于其自身的结构横截面)，造成加工时刚性降低，引发切削震动，从而让零件的生产质量不能够达到生产要求及标准。

2.薄壁零件在我国航空事业中的应用是最为普遍的，但因其对零件的使用要求非常高，比如必须要具备较高的耐腐蚀性、轻度与耐高温性，因此在加工材料的选择上，应当以密度较小、具有耐腐蚀性、价格低廉以及容易成型的.铝合金为主。

3.薄壁零件的尺寸比较大，且其结构也较为复杂，在加工时极易引发变形问题，所以“变形矫正”在加工工艺中已然变成了重中之重。

4.加工时，除了有较高的“协调精度”之外，还应当具有较为严密的“尺寸精度”。

二、某一薄壁零件加工案例分析

为了更为直观的体现出薄壁零件数控加工工艺的过程及其效果，我们选取了如图1-1的某种类型的薄壁零件，对其数控加工工艺加以详细的说明。该零件的原材料主要是45度钢，且依照图中所示的要求来看，我们能够知道，该零件是具备一定的加工困难度的，其主要体现在两个方面，即：

1)大多数螺纹的厚度均仅有2毫米，生产批量过多，即使可以选用“撑内控装夹法”开展车削作业，可由于该零件的车削受力点与夹紧力作用点，这两点之间的间隔相距甚远，再加上其不具备较高的刚性，所以在加工中，极易出现晃动现象。因此，在这种情况下就需要对定位问题作出全面的考虑了;

2)该零件具备较高的精度，适宜选择“G76和G92合成法”，也就是“粗/细加工合成法”，对其进行两种层次上的加工，该加工法除了能够提高零件的精度之外，还能够降低薄壁变形问题出现的概率。

三、结束语

浅谈薄壁套零件的加工 篇3

摘 要：薄壁零件的加工问题，一直是较难解决的，通过探讨薄壁类零件在加工中存在的易变形、零件尺寸及表面粗糙度不易保证等技术问题，对加工难点进行分析，给出了工艺路线和加工方案，通过优化、完善装夹方法，从而有效解决此类薄壁类零件的车削加工难题，为以后加工此类薄壁零件提供了经验借鉴。

关键词：薄壁零件；变形；夹具

薄壁零件应用越来越广范，它具有重量轻，节约材料，结构紧凑等特点，但薄壁零件刚性差，强度弱，装夹基准面小，加工过程中容易变形，不易保证加工质量和精度，因此如何正确的加工薄壁零件也是一个棘手的问题。

1 基本情况介绍

该薄壁套零件，材料为45#钢，壁厚最薄2mm，薄壁套最大直径为Ф70mm，内孔粗糙度为0.8，同时内孔精度要求在0.021mm内；外圆要求在0.021mm内，且精度要求较高，零件左端面有端面圆弧，其形状及尺寸如图一所示：

2 薄壁零件的工艺分析

2.1 工艺难点

影响该薄壁零件加工精度的主要因素主要有三方面的问题

①易受力变形 薄壁零件不易装夹，工件壁薄，在较大的夹紧力下，容易产生夹紧变形。

②易受热变形 因工件壁薄，过大的切削热会使工件产生热变形，不易保证工件精度要求。

③易振动变形 在高速切削过程中，工件易产生振动，从而影响工件的形位精度和表面粗糙度。

2.2 工艺方案过程

零件初始的工艺方案为：

①夹持毛坯料，钻孔，内外交叉车削薄壁内外圆和Ф80外圆保证精度。②对零件切断，为保证总长，长度提前预留1mm 。③为保证薄壁零件的形位精度，我们采用扇形软爪和开缝套筒对薄壁进行装夹。④零件调头，切削端面保证总长。⑤切削端面圆弧。

通过这种方案加工出的工件经过三坐标测量机的检测，零件薄壁外圆和内孔的圆度已经发生变化 ，为了保证工件的形位公差，我们变径向装夹为轴向装夹。

零件改后的方案为：

① 对零件薄壁进行粗精车

选用Ф24的钻头钻深度为80的孔，用内孔刀粗车内孔留精加工余量，对于Ф30的端面孔可以直接用Ф24钻头钻孔，留余量为轴向装夹定位时使用。用外圆车刀粗车Ф70、Ф80外圆，留精加工余量，之后分别对零件内孔和外圆进行精车，保证零件的尺寸精度，交叉车削最大限度的减少了零件的受力变形。

②切断零件并留余量

选用4mm的切断刀切断零件，并留有1～2mm的余量，以保证总长，切断时的转速和进给都不宜过高。

③采用专用夹具对零件进行装夹

薄壁类零件，刚性很差，采用软爪装夹和开缝套筒也会对工件造成夹紧变形，为此我们设计一心轴来固定零件，极大的减小了零件的径向变形（此心轴为螺纹配合），如（图二）所示。将零件固定在夹具上，用外圆刀切削工件端面，保证总长。

④用左偏刀车削端面圆弧

将左偏刀横装在刀架上，刀尖对准工件端面，由外向里车削端面圆弧，进给速度不宜过快。

⑤用端面槽刀对零件进行最终切断

零件在加工过程中，用螺栓加垫片紧固Ф24孔端面来固定零件，图中端面孔的尺寸应为Ф30，选用3mm的端面槽刀，对零件进行切断，转速进给不宜过高。

2.3 刀具的选择

在零件的加工过成中刀具材料和车刀角度的合理选择对生产效率和工件表面粗糙对有很大影响，

所以正确选择刀具材料和刀具角度是加工中关键的问题

2.3.1 刀具材料要求

①高的硬度；②足够的强度和韧性；③高的耐磨性和红硬性； ④良好的导热性；⑤良好的工艺性；⑥良好的抗粘结性和化学稳定性。

2.3.2 刀具几何角度选择要求

①考虑工件的具体情况，如毛坯是锻造件还是铸造件，毛坯料的材质等。②考虑刀具的材料和结构，如高速钢、硬质合金或陶瓷等，整体的机夹方式。③注意几何间的参数关系，如选择前角时应考虑断屑槽的形状，刃倾角的正负等。④了解具体的加工情况，如机床，夹具等。⑤正确处理刀具的锋锐性与强度，耐磨性之间的关系。

精加工刀具角度的合理选择：

外圆精车刀 Kr=90°～93°，Kr=15°α0=14°～16°，α01=15°，γ0适当增大。

内孔精车刀 Kr=60°，Kr=30°，γ0=35°，α0=14°～16°，α01=6°～8°，λs=5°～6°。

2.4 加工路线的优化

为使薄壁零件在加工过程中的变形对精度的影响减到最小，普通的车削很难保证零件的精度，应对零件进行内外交叉进行车削。

①先用Φ24的钻头进行钻底孔。再选用Φ30的钻头进行扩孔，扩孔的深度大约有70mm左右，用钻头进行钻孔可代替车刀的车削，效率比车削快。②粗车Φ66的内孔，留0.5的余量。③粗车Φ70的外圆，留0.5的余量。④精加工薄壁内外轮廓，保证精度。⑤用4mm的切断刀把工件切断，留1～2mm的余量，以保证总长。⑥用专用夹具固定零件，切削端面保证总长，左偏刀切削零件左端圆弧部分。⑦用端面槽刀把工件切断。

3 总结

通过以上分析，对于薄壁零件的加工方法可归纳如下：

①粗、精加工分开。合理的工序安排减弱了因装夹和热变形对工件质量的影响，机床也得到合理的使用。②粗、精加工之间增加去应力工序，以最大限度地消除工件内部的应力。去应力后的工件在随后的精加工中能够较好的保证零件的形状和尺寸精度。③精加工余量。合适的加工余量既能保持工件本身较好的基本强度，同时能保持切削时的散热与排屑。④装夹方式。合适的装夹方式，提高了加工效率，节省了加工时间。

4 结束语

在数控加工中经常会碰到一些薄壁零件，本文对薄壁套零件加工的工艺特点、防止变形的工艺方法、车刀的几何角度及路线优化进行了简单的分析和阐述，为今后更好的加工薄壁零件提供了经验积累。

参考文献：

[1]《机械工程手册》之《机械制造工艺及设备》（一）卷[M].机械工业出版社，1996.

[2]《航空制造工程》之计算机辅助制造工程分册[M].航空工业出版社，1995.

[3]王启平主编.机械制造工艺学[M].哈尔滨工业大学出版社，1990.

[4]刘立.数控车床编程与操作[M].北京理工大学出版社，2006.8.

[5]车工.职业技能鉴定教材编审委员会[M].中国劳动出版社，2004.7.

铝合金薄壁零件 篇4

近年来,我国的经济建设步伐不断加快,各生产领域对于机械生产设备的需求量大幅增加,铝合金薄壁零件作为机械设备中的重要组成部件,对其加工工艺的要求也越来越高。而由于铝合金薄壁零件铸造壁较薄、结构较为复杂,大大增加了加工的难度。提升铝合金薄壁零件机械加工工艺水平,对于我国机械生产加工行业的持续发展具有重要意义。

1.铝合金薄壁零件的机械加工中的难点

1.1铝合金材料特性

因铝合金材料具备较强的粘附性、可塑性以及韧性,在机械操作人员对铝合金材料进行切削加工的过程中,刀刃上非常容易粘连上切屑,从而形成刀瘤。让切削刀之后的使用受到极大影响,大大降低了加工的效率。

1.2刚性不足

铝合金薄壁零件的刚性不足,在加工过程中,操作人员施加的力过大,极易导致零件变形。而在切削过程,切削刀会拉伸、扯断以及挤压铝合金材料表层的晶体颗粒使其发生位移现象,直接导致铝合金薄壁零件产生无法恢复的塑性变形。

1.3热变形

由于铝的膨胀系数(0.0000238)大约是钢的线膨胀系数(0.00001)的2.4倍,因而在操作人员进行切削加工的过程中产生的大量热量,会使得铝合金薄壁零件发生热变形。

1.4硬度不足

在机械加工过程中,经常会出现机械加工人员划伤加工面的现象,造成零件表面粗糙度不符合设备要求的问题。而造成这种问题的原因除了操作失误外,更重要的原因是铝合金薄壁零件所用材料硬度不足。

1.5薄度过小

部分铝合金薄壁零件的薄度过小,若机械加工人员使用数控机床进行加工操作,由于薄板本身就具备一定的弹力。在切削过程中与切削力相互作用下,容易使切削面发生振动,机械加工人员会很难控制零件的尺寸和厚度,并会增加零件表面的粗糙程度。

2.提升铝合金薄壁零件机械加工工艺水平的策略

2.1分析铝合金材料特性,优化机械加工基准选取

机械加工人员在进行零件加工操作前,需对铝合金材料的韧性、粘附性、相应的塑性以及应用环节加以分析,从而避免在加工过程中出现零件变形、表面划伤、刀瘤等现象,提升铝合金薄壁零件机械加工的效率与质量。同时机械加工人员需优化加工基准的选取,应尽可能地选取平整度、光洁度较好且面积较大的粗基准,并对其进行处理,使基准面更为平整。若发现粗基准存在毛刺、飞边、以及浇冒口材料等凸起部分,需及时地进行清理,在确认后期加工过程中能够进行准确定位后,将粗基准夹紧。

2.2注重机械粗加工过程

尺寸和表面粗糙度不精准的铝合金零件,难以达到高要求,所以要求机械加工人员在进行加工的时候,要对形状繁复的铝合金零件进行加工余量处理。

在加工铝合金材料时,铝合金材料会进行摩擦,从而使铝合金零件的表面晶粒出现错位变形以及硬化的现象。而产生的热量在切削中也会导致变形,使铝合金零件加工的尺寸之间出现误差,更有加工铝合金零件出现变形的状况。所以,针对以上出现的问题,加工人员可以使用铳刨加工方法,可运用进给量适当、切削深浅度以及转速不高的方法进行,保证加工的铝合金零件尺寸达到标准。而在进行复杂铝合金零件加工时,加工人员采用冷却液和镗床进行粗加工,不会出现切削热量影响加工精准度的现象。此外,对于特殊的较大壁厚度的铝合金零件,多采用低温热处的方法进行处理。热处理即将零件进行切削,使组织结构的精度发生变化,通过切削的作用,零件内有了应力值较大的残余应力。故运用低温退火方式处理零件变形,释放材料残余应力。

2.3注重精加工成型过程

机械加工人要使用精加工方法,达到加工零件精准尺寸和粗糙度符合设备的标准。在加工同时还应当注意融合铝合金材料的特性,选用设备零件精准度高的加工办法。在一般情况下,加工人员以数显铳床、镗床和加工中心为主要方法运用。在进行精加工时,要挑选切削速度不慢的设备弥补加工余量不足的铝合金材料。同时还应当注意选择粗刀杆的刀具,保证达到刀具的刚度要求,弥补切削中振动影响机械加工精度的问题。机械加工人员进行工件装夹的时候,不能出现缩减装夹次数过多的情况,最好能够一步到位定位成型,使得夹紧力降低,从而弥补人为因素带来的误差问题。

刃前产生高度的温度,切削虽然能够消散大量热量,但是由于铝合金熔点太低,会造成刃前区出现半融化情况,所以机械加工人员在切削过程中应当注意切削速度。切削速度不能过快,避免造成切削热量过大,热量不能及时消除的情况。机械加工人员可以使用有良好的润滑性、冷却性能好、粘稠度不高的切削液进行机械加工,避免出现加工零件在大量高温的影响,使得加工零件强度降低,铝合金零件出现凹凸现象。而好的润滑性、冷却性能好、粘稠度不高的切削液能降低切削热量,也能够使刀具润滑,还能够使零件变形问题得到大范围的解决。

2.4合理选择夹紧方法

铝合金薄壁零件有着刚度不足的缺陷,虽然已经铳平零件定位基准面,如果遇到施工过程中施加力度过大的情况,铝合金薄壁零件就会出现装夹变形的情况。

机械加工人员不想在机械加工后发生波两面和鼓型面的机械零件,想要使得铝合金薄壁零件达到符合机械设备的标准,就必须在加工机械零件前,设置安装专用支撑。一般情况下,专用支撑由调节螺杆和地板构成。机械架构人员可以利用高度调节螺杆,通过支撑力弥补铝合金薄壁零件的刚度不足问题。机械加工人员在进行机械加工的过程中,必须夹紧零件,堆成分布压板,以螺杆作为中心,保持作用点相同的夹紧力。如果出现夹紧力作用点分布不平衡,铝合金薄壁零件就会出现变形情况,加工零件预期数值和各个参数也会出现偏差,最终导致铝合金薄壁零件无法投入设备中进行正常使用。

3.结束语

铝合金薄壁零件的机械加工并不简单,在加工过程中常出现加工零件变形,这一现象的发生是由于多方面因素引起的。作为铝合金薄壁零件的加工,加工人员应当拥有熟练的专业知识和技能,提升自身的机械水平,保证机械加工质量,使得加工零件达到匹配机械设备的标准,能够正常运行机械设备。

摘要：随着我国机械生产加工行业的不断发展成熟,对铝合金薄壁零件的加工质量与效率提出了更高的标准和要求。本文主要针对铝合金薄壁零件机械加工的难点,提出了一些提升铝合金薄壁零件机械加工工艺水平的建议。

关键词：铝合金薄壁零件,机械加工工艺,优化策略

参考文献

[1]许小娟.基于铝合金薄壁零件的机械加工工艺分析[J].科技展望,2016,08:53-54.

铝合金薄壁零件 篇5

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

提高薄壁零件加工精度方法研究 篇6

关键词： 薄壁零件 加工精度 工艺分析

一、引言

在现代化的工业制造中，薄壁结构越来越多，尤其是航空航天、雷达通信等高精尖领域，这些领域的薄壁件大多数为整体框、梁、壁板等，既要保证薄壁结构的强度，又要尽可能地降低零件的重量，同时满足零件结构复杂性和造型复杂等要求。但是薄壁构件相对刚度和强度较差、结构不规则，这就使得在制造过程中装夹困难，零件极易发生变形，在加工过程中容易产程振动、失稳，使得加工质量大大下降，给制造带来极大的困难。因此，从设备的选择、工件的装夹、刀具的选择、零件加工工艺分析、程序的编制等多角度出发，充分分析影响薄壁零件加工质量的因素，找出对应的解决措施，是提高薄壁零件加工精度的基本途径。

二、薄壁件产生变形的原因

1.外力夹持

在机械加工过程中，工件受到切削力、离心力、惯性力等的作用，为了保证在这些外力作用下，工件仍能在夹具中保持已由定位元件确定的加工位置，而不致发生振动或位移，在夹具结构中应设置夹紧装置，将工件可靠夹牢。但在夹紧过程中，由于零件的结构为薄壁结构，零件强度较低，其在夹紧力的作用下极易发生变形。例如一个薄壁套筒类零件，如果采用传统的三爪卡盘进行夹紧则造成零件的变形，圆形变形为三角形，无法保证加工的质量。

2.切削力

在机械加工过程中，通过刀具和工件之间按照一定轨迹的相对运动完成切削加工，因此在切削过程中会形成刀具和和零件间的相互作用力[3]。在车削中，切削力可以分解为轴向力和径向力，其中径向力垂直于零件轴线，造成零件弯曲，使零件变形较大，切削后零件表面形成鼓形表面，造成严重的形状误差。在铣削过程中，如果零件的受力表面没有足够的支撑，同样会造成零件变形，使得加工表面凸起，形成所谓的欠切状态。因此，切削力是影响薄壁零件加工精度的关键因素。

3.热变形

在金属切削过程中，由于刀具和工件之间的强力接触和摩擦会形成比较严重的切削热。切削热会使工件发生严重的变形，对于薄壁件尤为明显。同时热量的积聚和增加会造成刀具的磨损加剧，最终造成零件加工精度的降低。

此外，主轴的高速旋转也会产生热量，使主轴伸长，车床中就会改变零件的加工位置，铣削中就会改变刀具的位置，但最终表现为工件和零件相对位置的改变，形成加工误差，影响零件的加工精度。

4.振动

机械加工产生振动的原因有很多，主要包括机床自身结构形成的强迫振动，例如电动机的高速旋转、机械结构的不平衡、油泵工作不平稳等，都会引起机床的强迫振动，这些振动会影响薄壁零件的装卡和加工工件的精度[4]。与此同时，机床在加工过程中产生的交变力引起不衰减的振动，会使加工产程变形影响零件的精度。例如在磨削过程中，砂轮对工件产生的摩擦会引起较大的不衰减振动，影响磨削表面的质量。

5.加工工艺不合理

在机械加工中，加工工艺及加工方法直接影响零件的精度，不合理的加工工序和加工顺序将造成零件变形较大，因此合理的加工工艺过程是保证零件加工变形小、提高加工质量的关键环节[1]。

三、提高薄壁零件加工精度的措施

1.采用专用夹具

对于薄壁零件，在加工过程中采用合适的专用夹具代替传统的通用夹具，可以改变零件的受力特点，主要包括受力作用点、受力方向、夹紧力的大小，从而降低夹紧力造成零件变形。夹具夹紧力的作用方向应使工件变形尽可能小，夹紧力应作用在刚度较好部位，夹紧力大小要合适[4]。例如在薄壁套类零件的切削过程中，通过专用夹具将采用三爪卡盘的径向夹紧力改成轴向受力，可以大大提高受力强度，降低夹紧力变形。在要求采用径向夹紧的工件，采用鹿皮等软式夹紧机构，可以加大夹紧的接触面积，使得在同样单位面积压力下取得最好的夹紧效果。

2.补偿切削

在薄壁件的加工过程中，在切削力的作用下，工件会产生欠切削变形，即在车削中，形成鼓形结构，在铣削过程中，造成突起表面，因此在切削过程中可以采用特殊的加工法。例如车削中通过刀具或工件相对位置人为调整进行欠切补偿，铣削中通过高速加工技术进行分层对称铣削来控制加工精度。在许多现代加工中采用数控机床进行加工，可以通过一定的实验或计算机软件来模拟实际加工过程，从而测定零件各个部分的变形量，在变形小的地方采用大进给量，而在变形大的地方采用小的进给量，在进行编程过程中，局部改变进给量，实现刀具偏摆，让刀具在原有走刀轨迹中按变形程度附加补偿运动，补偿因变形而产生的变形，提高零件的加工精度[2]。

3.选择合适的刀具

刀具和工件的接触和摩擦是产生切削力和切削热的主要原因，因此采用合适的刀具材料、合适的刀具角度可以大大降低切削力。通常刀具前角的大小是影响刀具锋利程度大小的主要因素，前角越大切削变形和摩擦力越小，前角每增加一度，切削温度及切削力会降低10%，同时刀具的振动幅度会大大减小，有助于提高加工精度和质量。但是前角太大，会使刀具的楔角减小，降低刀具的强度，并且不利于刀具散热，使得刀具容易磨损。因此，要在刀具耐用度允许的情况下，选择合理的刀具材料，使刀具膨胀系数小，同时选用较大的刀具前角和后角，有助于降低工件受力变形和热变形。

4.选择合适的切削用量

在机械加工过程中，刀具和工件间的相互作用使得切削层金属发生弹性变形和塑性变形会产生一定的热量，同时切屑与刀具之间的摩擦会产生热能。纵观各种影响因素，切削速度对切削热影响最大，在低速加工中，随着切削速度的提高，切削温度明显上升，这不仅使得工件变形明显，还造成刀具的急剧磨损，影响加工精度。然而，随着温度的继续升高，切削形成的热量反而下降，形成所谓的高速加工。在高速加工中，由于切削速度较快，热量及时被切屑带走，工件热变形较小。但高速加工中主轴热变形会导致机床高速主轴的伸长，因此要选择合适的切削速度，使二者的综合效果达到最佳。从加工角度而言，根据所选择的设备及实际工作条件，选择合适的切削速度可以大大降低切削热及切削力，提高加工质量。

此外，进给量对切削热也有一定的影响。在加工过程中，切削区的热量主要积聚在切屑中，因此应该使用连续的进给和高速进给，连续进给可以防止刀具在某一位置停留，以免造成工件局部过热。在高速进给过程中，随着不断的断屑，热量被切屑带走，来不及传给工件，工件基本上不受切削热的影响，因而避免了热变形。

5.合理选择机床

在加工过程中，加工设备的稳定性直接影响零件的加工精度，因此，选择加工性能好、刚度大、热稳定性好的机床是提高零件精度的首要条件。在机床的使用过程中要注意采用散热、通风或间歇加工等方式，尽可能地使机床工作于热平衡状态，使机床不受温度的影响。

6.进行合理的工艺设计

零件工艺设计主要包括：工序的划分、加工顺序的确定、进给路线的确定。薄壁零件加工工艺的重点应着眼于零件的结构特点，采用粗加工和精加工来划分工序，即先进行粗加工，然后进行精加工。这种加工方法便于薄壁零件在加工过程中穿插时效处理，校正工序和调整夹紧力，使零件的残余应力得以释放，变形最小。在加工顺序安排上，应先加工基准表面、主要表面，先粗加工后精加工。进给路线要合理安排起刀、换刀和运动叠加，既要满足刀具的运动轨迹要求，又要保证刀具的磨损最小，工件变形最小。零件的工艺设计是个非常复杂的问题，合理设计有助于提高零件的加工精度。

7.选择适当的切削液

在加工过程中形成大量的切削热，除了通过切屑带走，还可以通过冷却液方式进行处理。根据零件材料和刀具材料的不同可以采用不同的冷却液，例如采用高速钢刀具精加工时，可以采用水溶液，加工铸铁时采用非水溶性切削液[5]。同时，不同的加工方法要选择不同的切削液，例如在精车过程中，选择高浓度的乳化液或油性切削液。而铣削是断续切削，每个刀齿的切削深度持续变化，加工中振动和冲击力较大，产生大量的切削热，因此高速铣削时，需用冷却性好并有一定润滑性能的切削液。

四、结语

本文分析了薄壁零件的变形原因，并提出了减小薄壁零件变形的基本途径，可以在薄壁零件的加工过程中充分考虑各个因素所占有的权重，合理处理每个相关环节，从零件的基本结构特点和精度要求、性价比等多角度出发，合理地控制变形量，提高零件的加工精度。

参考文献：

[1]姚荣庆.薄壁零件的加工方法[J].机床与液压，2007（8）.

[2]白丽艳.浅析影响薄壁零件加工精度的因素及其工艺措施[J].机电信息，2012（30）.

[3]麻东升.影响薄壁零件加工精度的因素及工艺措施[J].河北科技学院学报，2008（12）.

[4]林中.提高薄壁零件加工精度的探讨[J].机电技术，2008（2）.

[5]安润喜.不同加工方法切削液的选择[J].机械工程与自动化，2006（8）.

本项目为沈阳工程学院校内科研项目研究论文

项目名称：薄壁构件加工变形研究及应用

浅谈薄壁零件的加工 篇7

在数控加工中, 薄壁零件因其自身具有重量轻, 节约材料, 结构紧凑等特点在航空航天、通讯、国防等各个领域产品中得到了越来越广泛的应用, 而薄壁零件因其壁薄、刚性差、易变形加工困难也成了同时需要面对的棘手问题, 由于薄壁零件自身的特点, 在实际加工中不易达到设计的形位公差要求, 其加工工艺较为繁复, 编程、加工需要注意的细节较多, 实际操作较为复杂。作者针对这类薄壁零件以曾经加工过的一批零件为例介绍薄壁件的加工方法、夹具使用、刀具选用、参数选择及编程要点等。此零件使用Master CAM 9.1编程, 在FANUC系统三轴机床上加工完成。数控加工薄壁零件时, 零件因刚度不足引起的加工变形成为影响尺寸精度的主要矛盾。为了提高零件尺寸的稳定性, 对于薄壁零件的加工必须从工艺安排、夹具设计、设备选择、刀具选择、加工参数选择、程序编制等方面进行综合考虑, 以解决零件在反复装夹后保证零件的加工精度的问题。下面通过具体实例来介绍薄壁件的加工。

2 实例零件加工

2.1 示例零件特点

实例零件 (如图2) 为不久前加工的某型号产品光学系统的前镜头板, 共45 件, 材料为LY12 铝板, 下料尺寸为185mm*130mm*15mm, 转入本工序时已经经过粗加工及时效工序, 粗加工后余量为单面1.5mm, 零件变形较大约为1mm -1.8mm。

从图2 中可以看出, 零件形状并不复杂, 多为平面、台阶, 但零件外形尺寸较大, 由于中部为D形空腔, 其有效截面积很小, 并且截面面积变化较大不均匀。对于数控加工来说, 此零件的尺寸公差较大, 除注意选择合适的加工参数外, 在编程上基本没有什么难度。加工最困难的是相对于A基准的平面度0.025mm、平行度0.02mm。零件由多个台阶组成加工任何一面都有可能因为零件变形造成平面度超差, 由于工件较薄, 刚性较差, 所有面都需要加工, 工步多, 一般情况下这样的零件仅控制平面度就比较困难, 而此零件需要在多次装夹后来控制两面平行就更加困难。

2.2 加工工艺分析

通过对工件结构及其加工难点的分析, 根据零件特点, 制定加工工艺流程。此零件由于尺寸公差较大其加工难点主要的就是解决零件变形问题, 而解决零件变形主要在于解决三点问题, 第一解决零件应力释放问题, 第二解决装夹问题, 第三解决切削力问题。

2.2.1 零件应力的释放

一般情况下零件释放应力有两种途径, 即时效和加工释放。时效包括自然时效和人工时效, 而时效本身的特点决定了其不适于在精加工过程中进行, 而且零件已经经过人工时效, 所以在这里不讨论时效应力释放问题。

对于应力的加工释放其实就是通过不断的分层次加工使其应力得到重新分布并达到平衡进而控制变形。通过实验可以知道, 对于易变形件的加工可以通过多次的均匀小余量切削使其变形逐渐减小直至达到加工要求。

因此加工分为三大步:粗加工、半精加工、精加工。

2.2.2 装夹问题

由于零件壁薄不易定位、装夹, 很容易变形, 如果采用通用夹具来装夹工件和切削加工, 将难以控制零件的变形, 很难达到技术要求, 提高了装夹和加工难度。而由于零件毛坯的变形较大所以第一步只能使用通用夹具重新建立粗基准, 建立基准后此零件多数工步将采用夹具装夹。由零件的特点可知其形状变形主要为平面弯曲、扭曲, 对薄壁外周边影响较小, 所以夹具将采用零件外周边定位方式, 粗加工时零件压紧使用小压板轻压, 半精加工时切削力相对较小视情况可使用小压板手拧轻压或在夹具底面加固体油脂使其产生粘滞力带紧零件, 精加工时由于切削力极小可以不使用压板压紧, 而使用夹具小配合间隙时产生的阻尼力夹紧零件。

2.2.3 切削力问题

由于高速加工的切削力小, 对加工刚性较差零件减少了变形。高速加工的切削热小, 零件不会由于温升导致翘曲或膨胀变形。高速加工的切削震动小, 保证了较好的加工状态, 降低了零件装夹压紧力, 减小了变形。高速加工刀具与工件间的摩擦小, 切削破坏层变薄, 残余应力小, 从而降低变形。所以切削时为防止切削力过大将采用高速小吃刀高速加工所以发热及磨损很小可以忽略, 仅仅要注意冷却润滑方式以防止切削瘤的产生。所以解决切削力问题主要在于选择合适刀具及合理的切削参数。

2.2.3.1 刀具的选择。切削时为防止切削力过大讲采用高速小吃刀加工, 所以需要采用耐磨比较好的刀具, 且为了切削稳定使用四刃刀具, 这里选用聚晶氮化硼涂层的30 度四刃整体硬质合金立铣刀。粗加工考虑切削效率及切削稳定选用直径6mm立铣刀, 半精加工时由于进刀量及切深减小为降低抗力及振动选用直径5mm立铣刀, 精加工时进一步降低切削力及考虑最小凹角问题选用直径4mm立铣刀。 (钻孔攻丝参数在此不做说明)

2.2.3.2 切削参数的选择。切削参数的合理选用, 对切削过程的稳定性, 刀具的耐用度等有很重要的作用。为了减低切削力在机床允许的情况下将使用高速切削, 高速切削最大的优势并不在于速度、进给速度的提高所导致的效率提高, 而是由于采用了更高的切削速度和进给速度, 允许采用较小的切削用量进行加工。由于切削用量的降低切削力和切削热随之下降, 工艺系统变形减小, 可以避免铣削颤振。由机械制造原理可知任何的刀具刃口都不可能做成绝对的尖部, 都存在刃口圆弧, 在切削时由于圆弧的存在其切削力分为几个方向, 如图2 所示。

由图2 中可以看出, 当刀具切削时由于刃口圆弧的存在切削力将有三个分力, 当切深h远大于刃口圆弧半径R时, C向力大于B向力, 刀具将会将零件抬离夹具, 而当切深h小于等于刃口圆弧半径R时, C向力小于B向力, 刀具将会将零件压紧夹具。据此在零件精加工及修光时一般选择的切深等于刃口圆弧半径此时切削最稳定, 震动最小, 切削力最小。由于有刀具的压紧力所以精加工及修光时可以不压紧零件仅靠夹具的摩擦力加工, 要注意的仅仅是防止零件底面不贴合夹具引起震动。

根据刀具厂商提供的参数范围选用较高速度, 具体参数如表1。

转速及进给可根据实际切削情况用倍率旋钮调整。侧面切深指使用侧齿切削时的轴向切削深度, 底面切深指使用底齿切削时的轴向切削深度, 一般情况下侧齿的切削宽度不大于刀具直径的十五分之一一般取直径的二十分之一, 底齿切削宽度不大于直径的四分之三一般取直径的三分之二到直径的一半。

2.2.3.3 冷却润滑。由于零件为铝件且刀具采用高速小吃刀加工所以发热及磨损很小, 所以仅需要注意防止积削瘤的产生。积屑瘤延伸到刃外, 使得实际切削厚度增大, 影响尺寸准确性。积屑瘤周期性增大脱落, 可随切屑排出或残留在已加工面形成鳞片状毛刺增大已加工表面粗糙度。积屑瘤未脱落时, 起保护刀刃和减小前刀面磨损的作用, 脱落时可能粘连刀具材料一起剥落而加快刀具失效影响刀具耐用度。在粗加工和半精加工时可采用油气雾冷却润滑, 以避免积削瘤的产生。精加工时由于切削量很小, 且为了夹具清理方便可以单用汽冷。注意气压避免压力过大将零件吹动, 调整至吹走切削即可。

2.2.4 确定加工工艺

在解决零件变形主要三点问题, 零件应力释放、装夹、切削力之后确定加工工艺流程。如表2 所示。

2.3 零件的加工

下面工艺流程详细说明加工及编程:加工分为三大步:粗加工、半精加工、精加工。整个加工步骤除孔加工外每两个工步为一组, 分别加工零件两面。

2.3.1 粗加工

粗加工分为四个工步。第一工步使用机用精密平口钳夹持H-H视图右侧台阶面, 以零件A面定位于钳口, 并在工作台加装辅助定位器, 夹紧力要小, 轻夹。第二工步由于外形基准及平面基准已经创建完毕, 为防止虎钳装夹变形大则使用夹具装夹 (如图4:夹具一) , 夹具侧面多数空开小面积定位以免零件变形不好放入, 由于零件有变形底面不能很好贴合, 所以夹具使用小压板轻压, 加工期间需换压一次。第一第二工步由于零件变形, 其粗基准不好, 所以本工步主要是为了重建基准, 只要大部分面见光, 加工完成后平面变形不大于0.5mm即可。路径编程尽量使用外形铣削注意进退刀, 使用直径6mm铣刀。

第三, 第四工步进一步提高零件平面度及两面平行度, 使其不大于0.2mm。其中第三步使用夹具二, 如图4:夹具二。路径编程尽量使用外形铣削注意进退刀, 使用直径6mm铣刀。

2.3.2 半精加工

半精加工分为五个工步。第五第六工步进一步提高零件平面度及两面平行度, 使其不大于0.1mm。由于需要进一步降低切削力所以选用5mm立铣刀加工。路径编程尽量使用外形铣削注意进退刀, 使用直径5mm铣刀。

第七工步为重建精确外形基准, 且由于平面变形已经较小, 且外形较薄变形对外形尺寸的影响也变小所以在这里外形尺寸133.5mm*170mm至图。为降低振动使用4mm立铣刀, 使用夹具三 (如图5:夹具三) , 夹具使用A面及113.7mm处台阶定位精加工外形至图, 同时将孔加工完成。

路径编程尽量使用外形铣削注意进退刀, 使用直径4mm铣刀。 (钻孔攻丝参数在此不做说明)

第八第九工步进一步提高零件平面度及两面平行度, 使其必须小于0.05mm。由于需要进一步降低切削力所以选用4mm立铣刀加工。且由于平面变形已经较小, 变形对型腔尺寸的影响也变小所以在这两步所有侧面尺寸至图。并且由于零件外形已经精加工, 所以改用夹具四、夹具五 (如图6:夹具四、图7:夹具五) , 并且此时压紧力要非常轻。路径编程尽量使用外形铣削注意进退刀, 使用直径4mm铣刀。

2.3.3 精加工

精加工分为两个工步。第十、第十一工步进一步提高零件平面度及两面平行度, 使其不大于0.02mm达到图纸要求, 且深度尺寸尽量偏上差为部分零件返修留余量, 并且要添加最后纹路修光步骤。精加工仍使用夹具四和夹具五, 夹具使用时不再使用压板压紧, 而是采用夹具阻力夹紧, 情况不好可以使用油脂垫底, 冷却为空冷, 不再加注油雾以免切削不稳定。更换零件时家具一定要清理干净。

编程路径使用外形铣削注意进退刀, 使用直径4mm铣刀, 最后一层0.02mm修光时编程不使用进退刀采用直接下刀改善表面纹路。两工步完成后检测零件平面、平行度, 如有超差重复精加工工步即可。

2.4 加工时注意事项

(1) 随时注意零件的切削状态、刀具使用状态、气流压力及零件震动情况及时调整参数或更换刀具。 (2) 根据切削表面粗糙度变化调整油雾浓度。 (3) 装夹时一定要注意力量不能过大。 (4) 清理夹具一定要仔细, 不能有残留细切削。 (5) 安全生产, 佩戴防护用具。

3 结束语

通过以上方法加工后的零件达到图纸要求。这些加工方法都是从实践中获得, 在现在的加工中得到了应用, 利用这些方法可以有效地解决这类薄壁零件在加工中遇到的问题, 这些方法只是解决方法的一部分, 其他更有效的方法还有待总结和发现。

参考文献

[1]武凯.航空薄壁件加工变形分析与控制[D].南京航空航天大学, 2002.

大型薄壁类零件工艺分析 篇8

在日常工作中, 薄壁件在能够保证其功能的同时用料少、质量较轻, 所以一般情况下, 对于薄壁件的生产需求还是比较大的。但薄壁件的轴向尺寸小, 装夹基准面小, 很容易发生变形, 难以保证加工质量, 因而其加工成了行业内的棘手问题。本次研究的水电蜗壳厚12mm, 最小直径479.4mm, 最大直径1860mm, 厚度与直径比为1∶40~1∶155, 很显然, 该零件大部分的厚度与直径比大于1∶50, 所以本次课题要研究的水电蜗壳是一个非常典型的薄壁件零件。

1 工艺基准及工艺块的选择

1.1 零件的结构分析

该零件主要由薄壁蜗壳、座环、固定导叶、法兰盘、支脚等组合而成, 其中薄壁蜗壳是由四个单体件通过螺栓联接而成, 其中每个单体件都是由类似于图1所示的几个单体蜗壳焊接而成, 固定导叶与上下座环通过焊接联接在一起, 座环与蜗壳同样是通过焊接并以法兰盘联接在一起, 支脚分别同蜗壳与座环焊接成一个整体。

整体座环是由4个1/4座环联接而成, 为了保证蜗壳能够起到导流作用, 这4个座环必须处在同一水平面上, 按照图纸要求2个水平面的平行度误差必须≤0.05mm。由于这4个面是通过法兰盘联接而成, 因此这些法兰面的加工精度与安装精度相对而言要比较高, 孔的位置精度要求更加高, 这样才能保证2个水平面的平行度满足要求。

1.2 装夹方式的选择及工艺块的制作

此次加工的水电蜗壳由于体积比较大, 且是单件小批量生产, 加工较为复杂, 所以采用画线找正装夹。此方法是先在水电蜗壳上按照零件图画出蜗壳中心线、各法兰面加工线以及408h7上、下平面加工线;再将工件装上机床, 按照画好的线找正工件在机床上的装夹位置, 进而完成对此蜗壳零件的装夹。

由于水电蜗壳是一个非常典型的薄壁类零件, 在装夹过程中如果直接受力则很容易导致其变形, 从而影响零件的加工精度, 可以考虑添加工艺块来辅助定位装夹。因为蜗壳上有法兰, 其相对于薄壁的厚度要大一些, 因此, 选择在法兰上添加80 mm×80mm×60mm的长方体工艺块;另外还在座环面上添加工艺块, 考虑到座环上、下两面都要加工并且长方体工艺块容易导致加工时零件的左右滑动, 因此选择“L”型工艺块来防止工件的上下与跳动滑动, 工艺块的位置应该避开孔及台阶面, 基本上处于中间位置, 首先远离支脚, 其次受力较为均匀, 便于三点找正。工艺块的焊接及形状如图2所示。

1.3 工艺基准的选择

在蜗壳的加工过程中, 首先确定某点或某线、面的位置, 并以这些点、线、面作为参照进行加工, 这些点、线、面就是加工这个零件的基准。根据产品自身的特性, 我们在加工时有选择性地对工艺基准进行挑选, 以两大原则 (基准重合原则、基准统一原则) 为守则, 对蜗壳进行基准优化选择。

a) 基准重合原则:一般情况下, 尽可能选用设计基准作为定位基准。此次加工的水电蜗壳由于是一个非常典型的薄壁类零件, 在实际加工与设计的时候, 两者的基准不相重合, 主要是由于薄壁类零件本身在加工的时候需要考虑到受力、受热等产生变形, 所以需要添加辅助工艺块来加工。则设计基准是蜗壳中心, 而定位基准是添加的辅助工艺块, 那么定位基准与设计基准是不重合的, 自然不能按照设计基准来定位, 否则容易造成误差。

b) 基准统一原则:尽可能选择同一个定位基准来加工不同的表面。这样有利于保证各个加工表面之间的位置精度。比如, 在蜗壳的加工中, 使用端面铣刀铣法兰面以及在法兰面上加工孔的时候, 采用的是同一个基准, 没有移动或者翻动零件, 以此来保证基准统一。

2 工艺路线分析及执行

由于本次加工的水电蜗壳是由4个单体件组合起来的, 那么就必须保证4个单体件在加工完成之后能够组装在一起, 如果同时将这8个合缝法兰面全部加工完成, 这样肯定会节省工作时间, 而且整个工艺过程也会变得简单许多。但是在实际的机加工生产中, 由于零件的加工时存在各种各样的误差, 有机床误差、操作误差以及刀具磨损等, 且这4个单体件能够在保证图纸要求的精度范围内装配合格的几率是相当小的, 所以需要采用单体加工、两两拼装再加工与合装加工相结合来完成。

2.1 拼装方式选择

2.2 拼装注意事项

在拼装的时候必须满足两部件位置精度的要求, 由于蜗壳件比较大而笨重, 为保证两座环面的平面度误差小于0.05 mm, 所以必须采用打销孔、装入销子的方式来定位, 从而保证精度。

2.3 合装注意事项

在合装的过程中要注意先将销子定好, 然后再将螺栓、螺母紧固好, 由于在螺栓、螺母松开的时候, 在自身重力差以及螺栓的支撑产生的扭转力的作用下, 两个座环面之间产生了落差, 从而有了台阶面的产生, 所以在紧固螺栓、螺母的时候必须要用千斤顶将较低的一个座环面托起, 使得两个面在螺栓、螺母紧固好之后能够平行或者平行度误差在0.05 mm以内, 才能够继续下一环节即合装后的加工。合装完成如图5所示。

2.4 零件检验

该水电蜗壳的材料为普通钢材, 且为焊接件, 有可能在焊缝处留有缺陷, 或者在加工过程中受到拉伸导致零件表面产生缺陷, 为了使加工出来的产品能够达到预期的要求, 因此必须对零件进行探伤。

2.4.1 探伤方式介绍

常用的三种探伤方式 (PT, UT, MT) 各有其优缺点和适用范围, 简介如下:

1) 渗透探伤 (PT) :零件表面出现开口缺陷时, 渗透剂将会渗透进去;去除表面多余的试剂后, 喷上显像剂, 可以将渗透进去的试剂吸出来并在表面构成印记。适合探测部位:1坡口表面;2碳弧气刨清理完的刨槽表面;3焊缝清除后的刨槽表面;4工卡具铲除的表面;5不便于MT探伤部位的表面开口缺陷。适用性:1金属材料和非金属材料;2磁性和非磁性材料;3焊接、锻造及轧制等加工方法;4具有较高的灵敏度;5显示直观, 操作方便, 价格低廉。缺点:1只能检测出表面开口的缺陷;2只能检测出缺陷的表面分布;3灵敏度没有MT高。

3) 超声波探伤 (UT) :超声波在工件内部反射、透射, 在缺陷处产生异常的波形通过图像显现出来, 则此处即为工件内部的缺陷处。适用性:1适合对各种材料进行检测;2可对较厚工件进行内部缺陷检测;3善于检测出面积型缺陷;4检测成本低, 速度快;5无害无污染, 使用方便。局限性:1难检测不规则零件;2由于缺陷在内部, 所以难以直接看到3零件材质会对结果产生偏差。

2.4.2 探伤方式选择

此次需要探伤的部位主要是各个法兰面与座环面的焊缝处以及与法兰面在同一水平面上的座环侧面。由于内部的探伤在加工之前已经完成, 因此主要检测的都是表面或者近表面, 所以不会选择UT即超声波探伤, 只能在MT探伤和PT探伤方式之间来选择;由于MT探伤比PT探伤的灵敏度要高且不能在表面较为粗糙的情况下进行探伤, 所以必须在每次半精铣法兰面后在焊缝处进行MT探伤, 至于选择MT探伤的原因是因为此焊缝处为重要部位, 需要灵敏度高的探伤, PT探伤只能检测出表面缺陷的分布而不能检测出缺陷的深度;而对于最后的探伤检测而言, 追求的是时间短且由于前面已经经过了灵敏度较高的MT探伤, 零件出现缺陷的可能比较小, 所以选择PT探伤, 由于对MT探伤而言, 它的检测范围小且检测速度慢, 而PT探伤相对而言要快上一些。

3 结束语

薄壁类零件的加工在机械制造业中占有很重要的地位, 为提高零件加工精度与生产效率, 应充分考虑零件的固有特性进行整体分析, 选好加工步骤方能保证其设计要求。对于数控加工来说, 工艺流程是其应用的重要环节, 它关系到加工出的零件的正确性与合理性。本文以水电蜗壳为典型案例, 探讨了数控加工中的工艺规程, 选择合理高效的工艺路线, 对保证零件的加工质量, 提高数控机床的使用效率和使用质量都有重要的意义。

参考文献

[1]熊良山, 严晓光.机械制造技术基础[M].武汉:华中科技大学出版社, 2007.

[2]杨继宏.数控加工:工艺手册[M].北京:化学工业出版社, 2008.

[3]施晓芳.数控加工工艺[M].北京:电子工业出版社, 2011.

[4]赵志修.机械制造工艺学[M].北京:机械工业出版社, 1985.

薄壁零件加工工艺方法研究 篇9

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

浅谈薄壁套零件的加工 篇10

1 基本情况介绍

该薄壁套零件, 材料为45# 钢, 壁厚最薄2mm, 薄壁套最大直径为 Ф70mm, 内孔粗糙度为0.8, 同时内孔精度要求在0.021mm内;外圆要求在0.021mm内, 且精度要求较高, 零件左端面有端面圆弧, 其形状及尺寸如图一所示:

2 薄壁零件的工艺分析

2.1 工艺难点

影响该薄壁零件加工精度的主要因素主要有三方面的问题

(1) 易受力变形薄壁零件不易装夹, 工件壁薄, 在较大的夹紧力下, 容易产生夹紧变形。

(2) 易受热变形因工件壁薄, 过大的切削热会使工件产生热变形, 不易保证工件精度要求。

(3) 易振动变形在高速切削过程中, 工件易产生振动, 从而影响工件的形位精度和表面粗糙度。

2.2 工艺方案过程

零件初始的工艺方案为:

(1) 夹持毛坯料, 钻孔, 内外交叉车削薄壁内外圆和 Ф80 外圆保证精度。 (2) 对零件切断, 为保证总长, 长度提前预留1mm 。 (3) 为保证薄壁零件的形位精度, 我们采用扇形软爪和开缝套筒对薄壁进行装夹。 (4) 零件调头, 切削端面保证总长。 (5) 切削端面圆弧。

通过这种方案加工出的工件经过三坐标测量机的检测, 零件薄壁外圆和内孔的圆度已经发生变化, 为了保证工件的形位公差, 我们变径向装夹为轴向装夹。

零件改后的方案为:

(1) 对零件薄壁进行粗精车

选用 Ф24 的钻头钻深度为80 的孔, 用内孔刀粗车内孔留精加工余量, 对于 Ф30 的端面孔可以直接用 Ф24 钻头钻孔, 留余量为轴向装夹定位时使用。用外圆车刀粗车 Ф70、Ф80 外圆, 留精加工余量, 之后分别对零件内孔和外圆进行精车, 保证零件的尺寸精度, 交叉车削最大限度的减少了零件的受力变形。

(2) 切断零件并留余量

选用4mm的切断刀切断零件, 并留有1~2mm的余量, 以保证总长, 切断时的转速和进给都不宜过高。

(3) 采用专用夹具对零件进行装夹

薄壁类零件, 刚性很差, 采用软爪装夹和开缝套筒也会对工件造成夹紧变形, 为此我们设计一心轴来固定零件, 极大的减小了零件的径向变形 (此心轴为螺纹配合) , 如 (图二) 所示。将零件固定在夹具上, 用外圆刀切削工件端面, 保证总长。

(4) 用左偏刀车削端面圆弧

将左偏刀横装在刀架上, 刀尖对准工件端面, 由外向里车削端面圆弧, 进给速度不宜过快。

(5) 用端面槽刀对零件进行最终切断

零件在加工过程中, 用螺栓加垫片紧固 Ф24 孔端面来固定零件, 图中端面孔的尺寸应为 Ф30, 选用3mm的端面槽刀, 对零件进行切断, 转速进给不宜过高。

2.3 刀具的选择

在零件的加工过成中刀具材料和车刀角度的合理选择对生产效率和工件表面粗糙对有很大影响, 所以正确选择刀具材料和刀具角度是加工中关键的问题

2.3.1 刀具材料要求

(1) 高的硬度; (2) 足够的强度和韧性; (3) 高的耐磨性和红硬性; (4) 良好的导热性; (5) 良好的工艺性; (6) 良好的抗粘结性和化学稳定性。

2.3.2 刀具几何角度选择要求

(1) 考虑工件的具体情况, 如毛坯是锻造件还是铸造件, 毛坯料的材质等。 (2) 考虑刀具的材料和结构, 如高速钢、硬质合金或陶瓷等, 整体的机夹方式。 (3) 注意几何间的参数关系, 如选择前角时应考虑断屑槽的形状, 刃倾角的正负等。 (4) 了解具体的加工情况, 如机床, 夹具等。 (5) 正确处理刀具的锋锐性与强度, 耐磨性之间的关系。

精加工刀具角度的合理选择:

外圆精车刀Kr=90°~93°, Kr’=15°α0=14°~16°, α01=15°, γ0 适当增大。

内孔精车刀Kr=60°, Kr’=30°, γ0=35°, α0=14°~16°, α01=6°~8°, λs=5°~6°。

2.4 加工路线的优化

为使薄壁零件在加工过程中的变形对精度的影响减到最小, 普通的车削很难保证零件的精度, 应对零件进行内外交叉进行车削。

(1) 先用 Φ24 的钻头进行钻底孔。再选用 Φ30 的钻头进行扩孔, 扩孔的深度大约有70mm左右, 用钻头进行钻孔可代替车刀的车削, 效率比车削快。 (2) 粗车 Φ66 的内孔, 留0.5 的余量。 (3) 粗车 Φ70 的外圆, 留0.5 的余量。 (4) 精加工薄壁内外轮廓, 保证精度。 (5) 用4mm的切断刀把工件切断, 留1~2mm的余量, 以保证总长。 (6) 用专用夹具固定零件, 切削端面保证总长, 左偏刀切削零件左端圆弧部分。 (7) 用端面槽刀把工件切断。

3 总结

通过以上分析, 对于薄壁零件的加工方法可归纳如下:

(1) 粗、精加工分开。合理的工序安排减弱了因装夹和热变形对工件质量的影响, 机床也得到合理的使用。 (2) 粗、精加工之间增加去应力工序, 以最大限度地消除工件内部的应力。去应力后的工件在随后的精加工中能够较好的保证零件的形状和尺寸精度。 (3) 精加工余量。合适的加工余量既能保持工件本身较好的基本强度, 同时能保持切削时的散热与排屑。 (4) 装夹方式。合适的装夹方式, 提高了加工效率, 节省了加工时间。

4 结束语

在数控加工中经常会碰到一些薄壁零件, 本文对薄壁套零件加工的工艺特点、防止变形的工艺方法、车刀的几何角度及路线优化进行了简单的分析和阐述, 为今后更好的加工薄壁零件提供了经验积累。

参考文献

[1]《机械工程手册》之《机械制造工艺及设备》 (一) 卷[M].机械工业出版社, 1996.

[2]《航空制造工程》之计算机辅助制造工程分册[M].航空工业出版社, 1995.

[3]王启平主编.机械制造工艺学[M].哈尔滨工业大学出版社, 1990.

[4]刘立.数控车床编程与操作[M].北京理工大学出版社, 2006.8.

[5]车工.职业技能鉴定教材编审委员会[M].中国劳动出版社, 2004.7.

数控车薄壁半球类零件夹具及加工 篇11

关键词：数控车床 薄壁半球零件 工艺流程 夹具

笔者所在学校接到来自东莞某厂的加工产品，零件的形状如图1所示。该产品用于气瓶的上下两个半球零件，由一壁厚2.6mm，半径R47mm薄壁半球和顶部是一个短圆柱体所组成，上下两个半球相同。

一、难度分析及工艺流程分析

从外形来看，零件属于回转体薄壁零件，因此我们考虑采用铸造成型后，经车削精加工完成。其加工特点，一是壁薄，在加工的时候容易受夹紧力的影响产生变形，因此需要制作新的夹具用以装夹工件；二是内腔尺寸较难控制；三是圆柱段较短，难以装夹。

图1 工件图

经过生产和工艺流程的改进，最终确定了以下工艺流程：①下料阶段，不是选用传统的棒料，而是选用与零件外形较为接近的铸件，同时在铸件的后部圆柱体上留有余量，起到工艺块的作用。②用数控车加工将内腔半径加工到位。③用数控车加工头部短圆柱。④用数控车加工外球尺寸，以确保壁厚为2.6mm。⑤用数控车加工车去工艺块，零件最终成形。

二、夹具设计

为了达到加工要求，我们设计了两套夹具。

1.首先设计夹具1车外球面

此夹具的功能要求：一是提供内腔定位功能以便于加工定位，二是提供与车床连接功能，三是提供稳定的预紧力。因此设计如图2所示的夹具1。

图2夹具结构说明：

一是件1为夹具体的主体，左边是一直径为φ50mm圆柱体，通过夹具上的圆柱体与卡盘夹紧，中间是一R为44.4mm半圆球与零件内腔逼紧定位，右边为一直径为φ38mm短圆柱体，里面有一内孔，并且有一直径为φ22mm内螺纹。

二是用件3螺母将零件与夹具锁紧，以此加工外圆。在这套工艺装配中，（图2）对外球面的精加工程序，是由零件内腔精加工后程序反向加工而成的。通过此步加工，即可进行如图3所示的半成品零件加工。

2.设计夹具2车去工艺块

此时，工件加工的目的是车去工艺块，需要把工件右边的工艺块去掉，以形成成品，但由于工件本身不好装夹，因此我们设计如图3所示的夹具2，以进行工艺块的去除。

图3

件1.上盖 件2.底座 件3.半成品

图3夹具结构说明：

当零件加工到这一步时，车去工艺块，就十分重要。

一是上盖（件1）。它的作用是通过件2的内球面与零件的外球面压紧结合起到定位作用；

二是底座（件2）。它通过螺纹与上盖连接，同时起到调节的作用，使底座的大平面将零件压紧在上盖中；

此工艺装配与前一套工艺装配一样，它的定位原理也与前一套工装相似。但在加工上盖的内球面时，也需要将加工零件外球面的程序作为参考，经过调试再予以应用。

三、实际操作

切削用量及走刀路线选择：

一是将铸件达到如图1所示的毛坯件尺寸。

二是用数控车装夹加工，将内腔半径加工到位，机床转速调为800r/min，进给速度调到120mm/min。

三是用数控车装夹加工，将头部短圆柱加工完成，机床转速调为800r/min，进给速度调到120mm/min。

四是用数控车加工外球尺寸，用夹具1装夹工件，以内圆作为定位基准加工外圆尺寸以确保壁厚为2.6mm，机床转速调为800r/min，进给速度调到120mm/min。

五是用数控车去除工艺块，用夹具2装夹工件，去除工艺块，机床转速调为600r/min，进给速度调到30mm/min。

四、小结

加工该薄壁半球零件，首先必须分析其重要的和关键的尺寸是什么，其次是设计适合的夹具完成加工。这样，在加工同类零件时可减少不必要的重复工作，提高生产效率。通过对零件的加工，证实了夹具设计、刀具及切削用量选用合理，减少了装夹校正的时间，提高了生产效率，保证了加工零件的质量。

参考文献：

[1]全国数控培训网络天津分中心.数控编程[M].北京：机械工业出版社，1997.

[2]唐应谦.数控加工工艺学[M].北京：中国劳动社会保障出版社，2000.

[3]《数控加工技师手册》编委会.数控加工技师手册[M].北京：机械工业出版社，2005.

[4]白成轩.机床夹具设计新原理[M].北京：机械工业出版社，1997.

（作者单位：广东省机械高级技工学校）endprint

摘 要：本文通过对薄壁半球零件的加工，对该零件在数控加工时所需的工艺流程的安排、夹具的设计、刀具的选用以及数控程序的编制做了阐述。并介绍了以此零件为基础，加工其他类似半球类零件的情况。

关键词：数控车床 薄壁半球零件 工艺流程 夹具

笔者所在学校接到来自东莞某厂的加工产品，零件的形状如图1所示。该产品用于气瓶的上下两个半球零件，由一壁厚2.6mm，半径R47mm薄壁半球和顶部是一个短圆柱体所组成，上下两个半球相同。

一、难度分析及工艺流程分析

从外形来看，零件属于回转体薄壁零件，因此我们考虑采用铸造成型后，经车削精加工完成。其加工特点，一是壁薄，在加工的时候容易受夹紧力的影响产生变形，因此需要制作新的夹具用以装夹工件；二是内腔尺寸较难控制；三是圆柱段较短，难以装夹。

图1 工件图

经过生产和工艺流程的改进，最终确定了以下工艺流程：①下料阶段，不是选用传统的棒料，而是选用与零件外形较为接近的铸件，同时在铸件的后部圆柱体上留有余量，起到工艺块的作用。②用数控车加工将内腔半径加工到位。③用数控车加工头部短圆柱。④用数控车加工外球尺寸，以确保壁厚为2.6mm。⑤用数控车加工车去工艺块，零件最终成形。

二、夹具设计

为了达到加工要求，我们设计了两套夹具。

1.首先设计夹具1车外球面

此夹具的功能要求：一是提供内腔定位功能以便于加工定位，二是提供与车床连接功能，三是提供稳定的预紧力。因此设计如图2所示的夹具1。

图2夹具结构说明：

一是件1为夹具体的主体，左边是一直径为φ50mm圆柱体，通过夹具上的圆柱体与卡盘夹紧，中间是一R为44.4mm半圆球与零件内腔逼紧定位，右边为一直径为φ38mm短圆柱体，里面有一内孔，并且有一直径为φ22mm内螺纹。

二是用件3螺母将零件与夹具锁紧，以此加工外圆。在这套工艺装配中，（图2）对外球面的精加工程序，是由零件内腔精加工后程序反向加工而成的。通过此步加工，即可进行如图3所示的半成品零件加工。

2.设计夹具2车去工艺块

此时，工件加工的目的是车去工艺块，需要把工件右边的工艺块去掉，以形成成品，但由于工件本身不好装夹，因此我们设计如图3所示的夹具2，以进行工艺块的去除。

图3

件1.上盖 件2.底座 件3.半成品

图3夹具结构说明：

当零件加工到这一步时，车去工艺块，就十分重要。

一是上盖（件1）。它的作用是通过件2的内球面与零件的外球面压紧结合起到定位作用；

二是底座（件2）。它通过螺纹与上盖连接，同时起到调节的作用，使底座的大平面将零件压紧在上盖中；

此工艺装配与前一套工艺装配一样，它的定位原理也与前一套工装相似。但在加工上盖的内球面时，也需要将加工零件外球面的程序作为参考，经过调试再予以应用。

三、实际操作

切削用量及走刀路线选择：

一是将铸件达到如图1所示的毛坯件尺寸。

二是用数控车装夹加工，将内腔半径加工到位，机床转速调为800r/min，进给速度调到120mm/min。

三是用数控车装夹加工，将头部短圆柱加工完成，机床转速调为800r/min，进给速度调到120mm/min。

四是用数控车加工外球尺寸，用夹具1装夹工件，以内圆作为定位基准加工外圆尺寸以确保壁厚为2.6mm，机床转速调为800r/min，进给速度调到120mm/min。

五是用数控车去除工艺块，用夹具2装夹工件，去除工艺块，机床转速调为600r/min，进给速度调到30mm/min。

四、小结

加工该薄壁半球零件，首先必须分析其重要的和关键的尺寸是什么，其次是设计适合的夹具完成加工。这样，在加工同类零件时可减少不必要的重复工作，提高生产效率。通过对零件的加工，证实了夹具设计、刀具及切削用量选用合理，减少了装夹校正的时间，提高了生产效率，保证了加工零件的质量。

参考文献：

[1]全国数控培训网络天津分中心.数控编程[M].北京：机械工业出版社，1997.

[2]唐应谦.数控加工工艺学[M].北京：中国劳动社会保障出版社，2000.

[3]《数控加工技师手册》编委会.数控加工技师手册[M].北京：机械工业出版社，2005.

[4]白成轩.机床夹具设计新原理[M].北京：机械工业出版社，1997.

（作者单位：广东省机械高级技工学校）endprint

摘 要：本文通过对薄壁半球零件的加工，对该零件在数控加工时所需的工艺流程的安排、夹具的设计、刀具的选用以及数控程序的编制做了阐述。并介绍了以此零件为基础，加工其他类似半球类零件的情况。

关键词：数控车床 薄壁半球零件 工艺流程 夹具

笔者所在学校接到来自东莞某厂的加工产品，零件的形状如图1所示。该产品用于气瓶的上下两个半球零件，由一壁厚2.6mm，半径R47mm薄壁半球和顶部是一个短圆柱体所组成，上下两个半球相同。

一、难度分析及工艺流程分析

从外形来看，零件属于回转体薄壁零件，因此我们考虑采用铸造成型后，经车削精加工完成。其加工特点，一是壁薄，在加工的时候容易受夹紧力的影响产生变形，因此需要制作新的夹具用以装夹工件；二是内腔尺寸较难控制；三是圆柱段较短，难以装夹。

图1 工件图

经过生产和工艺流程的改进，最终确定了以下工艺流程：①下料阶段，不是选用传统的棒料，而是选用与零件外形较为接近的铸件，同时在铸件的后部圆柱体上留有余量，起到工艺块的作用。②用数控车加工将内腔半径加工到位。③用数控车加工头部短圆柱。④用数控车加工外球尺寸，以确保壁厚为2.6mm。⑤用数控车加工车去工艺块，零件最终成形。

二、夹具设计

为了达到加工要求，我们设计了两套夹具。

1.首先设计夹具1车外球面

此夹具的功能要求：一是提供内腔定位功能以便于加工定位，二是提供与车床连接功能，三是提供稳定的预紧力。因此设计如图2所示的夹具1。

图2夹具结构说明：

一是件1为夹具体的主体，左边是一直径为φ50mm圆柱体，通过夹具上的圆柱体与卡盘夹紧，中间是一R为44.4mm半圆球与零件内腔逼紧定位，右边为一直径为φ38mm短圆柱体，里面有一内孔，并且有一直径为φ22mm内螺纹。

二是用件3螺母将零件与夹具锁紧，以此加工外圆。在这套工艺装配中，（图2）对外球面的精加工程序，是由零件内腔精加工后程序反向加工而成的。通过此步加工，即可进行如图3所示的半成品零件加工。

2.设计夹具2车去工艺块

此时，工件加工的目的是车去工艺块，需要把工件右边的工艺块去掉，以形成成品，但由于工件本身不好装夹，因此我们设计如图3所示的夹具2，以进行工艺块的去除。

图3

件1.上盖 件2.底座 件3.半成品

图3夹具结构说明：

当零件加工到这一步时，车去工艺块，就十分重要。

一是上盖（件1）。它的作用是通过件2的内球面与零件的外球面压紧结合起到定位作用；

二是底座（件2）。它通过螺纹与上盖连接，同时起到调节的作用，使底座的大平面将零件压紧在上盖中；

此工艺装配与前一套工艺装配一样，它的定位原理也与前一套工装相似。但在加工上盖的内球面时，也需要将加工零件外球面的程序作为参考，经过调试再予以应用。

三、实际操作

切削用量及走刀路线选择：

一是将铸件达到如图1所示的毛坯件尺寸。

二是用数控车装夹加工，将内腔半径加工到位，机床转速调为800r/min，进给速度调到120mm/min。

三是用数控车装夹加工，将头部短圆柱加工完成，机床转速调为800r/min，进给速度调到120mm/min。

四是用数控车加工外球尺寸，用夹具1装夹工件，以内圆作为定位基准加工外圆尺寸以确保壁厚为2.6mm，机床转速调为800r/min，进给速度调到120mm/min。

五是用数控车去除工艺块，用夹具2装夹工件，去除工艺块，机床转速调为600r/min，进给速度调到30mm/min。

四、小结

加工该薄壁半球零件，首先必须分析其重要的和关键的尺寸是什么，其次是设计适合的夹具完成加工。这样，在加工同类零件时可减少不必要的重复工作，提高生产效率。通过对零件的加工，证实了夹具设计、刀具及切削用量选用合理，减少了装夹校正的时间，提高了生产效率，保证了加工零件的质量。

参考文献：

[1]全国数控培训网络天津分中心.数控编程[M].北京：机械工业出版社，1997.

[2]唐应谦.数控加工工艺学[M].北京：中国劳动社会保障出版社，2000.

[3]《数控加工技师手册》编委会.数控加工技师手册[M].北京：机械工业出版社，2005.

[4]白成轩.机床夹具设计新原理[M].北京：机械工业出版社，1997.

薄壁气缸体零件的夹具设计 篇12

关键词：气缸体,夹具,加工工艺

0 引言

高精度、薄壁腔体类零件在机械行业的应用越来越广泛,但薄壁腔体类零件在加工过程中存在着以下问题:(1)由于壁薄、刚性差、强度弱,在夹紧力的作用下容易产生变形,从而影响工件的尺寸精度和形状精度,不易保证加工质量;(2)因工件较薄,切削热会引起工件热变形,使工件尺寸难于控制;(3)在切削力、特别是径向切削力的作用下,容易产生振动和变形,影响工件的尺寸、形状、位置精度和表面粗糙度。[1]

1 气缸体零件的加工工艺

1.1 零件的工艺分析

图1为一气缸体零件,毛坯选用标准铝合金气缸体型材,其内孔尺寸为Φ63,铝型材长2m。要求加工型材两端面并倒角,保证零件总长60mm,且要求零件两端面与内孔的垂直度为0.025mm,大批量生产。

该气缸体零件加工时主要考虑以下问题:

(1)保证位置精度。图纸要求保证零件的两端面与内孔的垂直度为0.025mm,要求较高,应以该气缸体零件的内孔面作为定位基准面较合适。由于该零件壁较薄,最小壁厚处只有2mm,其强度和刚度差,因此在零件的加工过程中容易产生各种变形,如在夹紧时由于夹紧力作用易产生变形,或者加工过程中由于机床的振动,容易产生振动和变形,难以达到尺寸及位置精度等要求。

(2)批量生产时应注意提高生产效率。对于批量较大的生产,应考虑采用合适的夹具装夹工件,以使装夹方便,免去工件逐个找正对刀所花费的时间,快速装夹有利于提高生产率,并且可以准确确定工件与机床、工件与刀具之间的相对位置,并且能可靠和稳定地获得位置精度[2]。

1.2 机械加工工艺

为提高生产效率,减少装夹时间,进行大批量生产,现确定加工工艺方案如下:(1)备料;(2)锯床下料,长62mm;(3)车床粗加工两端面,留余量(夹具装夹);(4)车床精加工两端面至总长尺寸,两侧倒角C2(夹具装夹)。

2 专用夹具设计

如采用一般的间隙配合心轴进行装夹,则工件装卸比较方便,但由于工件毛坯内孔处公差为0.074mm,工件内孔与心轴配合处的间隙产生出基准位移误差ΔY较大,不易保证零件的垂直度0.025mm。为了保证工件在加工时定位准确、装夹方便,并且减小薄壁零件在加工过程中的振动,通过分析该零件毛坯,采用Φ63+00.074内孔作为定位基准面,符合基准重合原则,可使基准不重合误差ΔB=0[3]。

笔者设计的专用夹具见图2,利用该夹具进行加工,既能保证加工精度,也能提高批量加工的生产效率。

2.1 夹具结构

该夹具采用H591的Φ70铜棒制造,先经车削、钻削初步加工至一定尺寸,留足够余量,再经线切割分成大小相同的三等分铜片。首先将车床三爪卡盘的三卡爪调整至合适位置,采用氧气焊接方式,使三铜片与三爪卡盘的三卡爪分别焊接成一个整体。经安装调整后,再次对铜片进行车削外圆、镗削内孔,并倒角至零件要求尺寸。图2中阴影部分为线切割去除材料部分,铜片加工后与工件配合处外径尺寸为Φ63+00.05mm。

焊接铜片时,应使铜片与三卡爪具有初步正确的位置,可采用铜丝制作铜丝环(见图3),外圈铜丝以卡盘外圆作定位基准,内圈铜丝可初步保证三铜片与卡爪的相应位置。

2.2 装夹过程及特点

图4为夹具装配图。工件加工前装夹时,先扳动卡盘扳手,使三个卡爪向内收缩以便安装工件,再使三个卡爪向外伸展,利用铜片向外伸展时与工件间产生的相互作用力来夹紧工件。操作时应用手握住工件,注意调整工件与夹具间的配合,并使工件的一端面抵住夹具的台阶面,此台阶面为零件加工时轴向的定位基准,以保证长度尺寸,提高生产效率。加工结束后,只需松开卡爪,即可卸下零件。

此夹具可使工件的安装与夹紧一次完成,具有定心的同时将工件夹紧的特点。不仅大大提高了生产的效率,并且由于铜片随卡爪同步趋近或离开工件,不论铜片处于何位置,其对称中心的位置不变,以保证工件的定位基准位置不变,基准位移误差ΔY=0,使得定位误差ΔD=0,可实现工件两端面与内孔的垂直度要求。

3 加工参数的确定

薄壁气缸体零件在粗加工时,背吃刀量ap和进给量f可以取大些;精加工时,背吃刀量ap控制在0.2mm～0.3mm,进给量f取0.1mm/r～0.2mm/r甚至更小,切削速度vc取3m/min～5m/min。

薄壁气缸体零件材料为铝合金型材,可以采用YT30硬质合金刀具,刀具的前角γo取5°～20°;刀具的主偏角κr对切削力的影响较大,为减小切削力,可选取较大的主偏角75°～90°[4]。

4 结语

利用该专用夹具实际加工生产薄壁气缸体零件,具有夹紧可靠、定位精度高、工件装夹方便、产品加工合格率高、使用寿命长等特点。其加工过程平稳,无噪声。经检验,工件精度完全符合工艺要求。

从实际应用效果来看,该加工方案合理适用,能够满足该零件的加工要求,具有使用和推广价值。

参考文献

[1]刘峻.薄壁零件的加工工艺研究[J].机械研究与应用,2011(3):58-61.

[2]赵志修.机械制造工艺学[M].北京:机械工业出版社,1998.

[3]戴陆武.机床夹具设计[M].西安:西北工业大学出版社,1990.