薄壁件加工工艺

薄壁件加工工艺（精选12篇）

薄壁件加工工艺 篇1

摘要：在实际生产中, 在产品上往往会出现一些薄壁特征。而零件的薄壁特征加工是比较麻烦的, 原因在于薄壁特征的尺寸特点, 极容易导致在加工中变形, 很难保证零件的加工质量。因此如何制定加工工艺来提高薄壁部分的加工精度显得尤为重要。

关键词：加工中心,薄壁件,加工工艺,加工精度

0 引言

现阶段, 在加工过程中遇到的薄壁件产品越来越多, 而且具有薄壁特征的零件产品也越来越多, 由于薄壁件特征在加工过程中的问题较多, 容易产生变形, 因此加工精度难以保证。

本文主要针对薄壁件加工过程中, 如何保证薄壁零件的精度要求进行探讨。

1 加工薄壁件时影响精度的主要因素

薄壁件产品示意图如图1。由于薄壁件产品尺寸的特殊性, 因此在加工过程中容易产生变形, 从而影响最后的尺寸精度。在实际加工过程中影响精度的主要因素有受力变形、受热变形、振动变形、残余应力变形等。

2 解决薄壁件加工过程中变形的措施

针对在加工薄壁件零件时产生的问题, 主要有下列几种解决措施:

2.1 装夹方案的优化

1) 利用零件的整体刚性加工薄壁零件。在加工时, 应尽量利用零件余量部分作为支撑, 以增加切削时产品的整体刚性。2) 采用辅助支撑。在装夹过程中产生的装夹力也会令产品产生变形, 针对这种情况, 可以在零件腔内采用填充法等方法, 加强产品的支撑性, 从而减小变形。

2.2 加工切削速度的优化

加工薄壁件时, 可以采用高速切削加工技术来降低加工时产生的切削力, 以减少变形。

2.3 轴向切深的优化

在加工过程中, 随着吃刀量增大, 切削力增大, 工件的振动也会增大, 因此在加工薄壁件零件时, 为了减少工件的振动, 应选择较小的吃刀量, 以减少振动, 从而保证加工精度。

2.4 增加辅助特征

在编制程序过程中, 亦可使用锥度铣削的方向进行加工, 使得加工过程呈现一个上窄下宽的形态, 以增加薄壁特征的整体刚性, 减小变形量。

2.5 对称分层铣削

毛坯初始残余应力对称释放, 可以有效减小零件的加工变形。

3 薄壁件零件的加工分析

图1为典型的薄壁件零件, 该零件薄壁特征长/宽/高分别为20 mm×1 mm×10 mm, 外部薄壁特征为40 mm×40mm×10 mm×1 mm的矩形部分。由于该零件整体尺寸偏小。因此在加工过程中要注意刀具干涉以及薄壁特征变形的问题。

3.1 模型建立

使用Solid Works软件建立模型, 获得模型三维视图如图2。

3.2 程序编制

将绘制好的三维模型保存成iges类型文件, 导入Mastercam软件进行后续操作。工艺路线划分为:粗加工→底面精加工→半精加工→精加工。

1) 开粗。开粗阶段首先加工零件的外轮廓尺寸, 为了保证半精加工时薄壁的加工强度, 刀路与实际加工如图3。

2) 底面精加工。在加工薄壁零件时, 应该尽量避免薄壁特征侧面与底面同时加工, 避免刀具受力不均匀的情况, 以防止加工过程中产生的受力变形。具体刀路如图4。

3) 半精加工。在薄壁特征的半精加工中, 非常容易产生受力变形, 因此在加工过程中可以结合加工切削速度的优化、轴向切深的优化、增加辅助特征、对称分层铣削等方法同时应用, 以减小加工变形量。

本零件在加工中可以最大限度地提高刀具的转速, 由于本单位的机床限制, 因此转速最高可以提至2 800 r/min, 所以在加工过程中采用转速2 600~2 800 r/min的转速区间最大限度利用机床本身资源。

但是在加工过程中只靠提高转速是不够的, 还要采用增加辅助特征的方法, 本文中使用的方法是采用锥度铣削, 在加工薄壁特征时, 摒弃普通加工的一刀直落的加工方式, 采用一次半精加工, 半精加工采用锥度铣削, 设定锥度0°~2°之间, 根据薄壁的深度来确定锥度值, 本零件深度20 mm, 因此在保证切削过程中, 切削余量不会变化太大, 而且又在保证整体薄壁刚性的情况下, 设置合适的角度就显得比较重要了, 深度越深时, 角度设置不宜过大, 根据图标可以看出, 角度设置在0.6°时, 上方余量为0.2 mm, 根部余量为0.41 mm, 这样就能够保证在半径加工过程切削应力不会骤变。示意图如图5。

整个薄壁件在加工过程中变形最大的地方是在薄壁特征的顶端, 因此这样加工的优势在于整体薄壁件在加工时候留下了锥形余量, 使得整体刚性比较强, 而且在薄壁的上方给予小切深结合整体刚性, 而在薄壁特征根部由于刚性较上方强, 因此可以给予相对较大的切深。

具体刀路与实际加工图如图6~图7。

4) 精加工。在半精加工结束之后, 整体薄壁特征呈现一个梯形形状, 而且余量分布差别也较均匀, 因此可以直接进行精加工, 精加工时可以将锥度取消即可, 在精加工过程中要求主轴转速尽可能加大, 以尽量减少切削作用力, 保证产品的精度。这里值得注意的是, 在精加工过程中应该采用对称分层铣削的方式来尽量满足加工应力均匀释放的要求。刀路图如图8。

精加工过程中, 不能采用以往加工厚零件轮廓时采用大吃刀量来保证轮廓质量的方法。而应该采用较小吃刀量的方法来尽量减小切削力, 减小薄壁特征的变形。

图9中B部分为半精加工中的锥形薄壁特征, A部分为采用大吃刀量时产生薄壁件变形, C部分为结合加工切削速度的优化, 轴向切深的优化, 增加辅助特征, 对称分层铣削等方法同时应用之后得出的结果。

4 结论

通过薄壁件的加工, 我们可以看出, 即使未采用高速加工机床, 我们也可以通过加工切削速度的优化, 轴向切深的优化, 增加辅助特征, 对称分层铣削等方法, 最大程度地减小加工变形量, 从而保证薄壁性零件的加工精度。

参考文献

[1]张木青, 于兆勤.机械制造工程训练[M].广州:华南理工大学出版社, 2007.

[2]郑修本.机械制造工艺学[M].北京:机械工业出版社, 1995.

[3]徐宏海.数控加工工艺[M].北京:化学工业出版社, 2004.

[4]陈树峰, 马伏波.薄壁工件在夹紧力作用下变形量的计算[J].煤矿机械, 2005 (2) :70-72.

[5]华茂发.数控机床加工工艺[M].北京:机械工业出版社, 2000.

薄壁件加工工艺 篇2

薄壁零件在现代工业的各个领域都有应用，如汽车制造业、军事工业等。

不可否认在薄壁零件加工中是存在一定问题，常常会出现不合格的零件，造成浪费。

所以我们有必要通过对薄壁零件加工工艺问题的分析研究，优化薄壁零件制造加工措施，进而解决薄壁零件加工中所存在的问题，保证薄壁零件的精度和质量，提高所制造加工零件的合格率。

关键词：薄壁零件 车削加工 车工夹具

引言

薄壁零件因它具有重量轻，节约材料， 结构紧凑等特点而广泛应用于产品生产中。

但薄壁零件的加工特别是在车削加工过程中，由于薄壁零件刚性原因，如果不采取措施，常常会因为夹紧力、车削力、车削热、内应力、振动与变形等，使工件产生较大的变形，导致零件的加工质量难以保证。

我校在满足正常专业技能教学的前提下，积极进行产教结合，让学生参与产教结合工作，既提高了教师的能力水平，也锻炼了学生，使教师和学生在实际生产中不断提高技能，同时也减少了实习教学消耗。

薄壁零件(如图1) ，是我校外加工产品中的一种零件，它生产批量较大，为了提高产品的合格率和加工效率，便利用数控车床进行加工，并进行夹具的改装，从而解决了薄壁零件刚性差，强度弱的问题，有效地克服薄壁零件加工过程中出现的变形，并提高了零件的加工精度，保证了产品的质量。

一、影响薄壁零件加工精度因素分析

薄壁件加工工艺 篇3

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.

铝合金复杂薄壁件加工工艺优化 篇4

某型发射装置中的横梁是用来连接及固定发射梁、上本体和前后支架。该零件体积大,结构复杂,精度要求高。因加工工艺的不合理从毛坯到最终的产品材料去除量达90%以上,是典型的薄壁复杂件。因零件跨度大,支撑面小,结构复杂,造成装夹困难,加工易产生零件变形,图样关键尺寸精度普遍难以保证,产品合格率低,一直严重影响产品的生产交付。针对该铝合金复杂薄壁件的加工,采取了具体的工艺措施,确定了合理的工艺参数及路线,保证了加工品质。

1 工艺难点分析

图1所示为横梁结构简图,零件毛坯为LY12预拉伸铝合金板材。零件形体比较复杂,缺少理想、可靠、稳定的定位基准,而底面上的加工要素较多,且各要素之间具有较高的位置精度要求。

从结构简图分析,该零件加工中存在以下难点:

a) 零件顶面厚度仅有5mm,侧壁高且薄,整体钢性较差,在装夹和加工过程中易变形,而零件很多孔、槽的位置尺寸及形位公差要求较高,加工不易保证。尤其是135±0.08、165±0.08、100undefined等底面上的相关尺寸会因为中间通槽变形而超差。

b) 加工时,顶面定位面仅宽108mm,不到总宽的三分之一,考虑到零件的高度50mm,一旦顶面平面度过大,必然会造成零件倾斜,基准A偏移,图中几个对称度无法保证。实际加工中,零件的加工变形一直是影响产品品质的关键因素。

c) 零件变形会造成测量时基准面不稳定,影响测量结果稳定性,这也是一个急需解决的问题。

d) 零件底面对称分布的几处减重槽结构复杂,数控加工性能与效率需兼顾[1]。

2 工艺优化方案

通过前批加工,存在零件装夹定位困难,定位精度不易控制及精加工变形易造成零件外形及孔距尺寸超差严重。针对该复杂薄壁件的关键问题,制订了相应的工艺优化[2]。

2.1 装夹定位方式的设计

横梁结构复杂,零件本身可提供的可靠装夹部位只有零件的中间通槽。若仅仅靠该部位定位,装夹时会造成零件变形,另外零件悬臂处没有刚性支撑,加工品质难以保证。于是在初步攻关方案中考虑通过增加8处工艺凸台,用通用虎钳装夹的方式进行加工。虽然工艺台提高了一定的零件刚度,但前批精加工该顶面及工艺台基准后零件变形,导致用平口虎钳装夹工艺台进行后续加工时,发现8处工艺台不在一个平面上,最大定位间隙误差0.15mm,严重影响加工精度。另外用该工艺台定位加工其他尺寸,存在定位基准与尺寸基准不统一的问题,也会增大尺寸的加工误差。

为了减小定位误差,制定了定位方案。新方案采用工艺台、顶面支撑,零件中心2-D32undefined孔定位,相对原定位方案没有用工艺台定位,直接用顶面支撑,易于保证高度尺寸及相关的对称度公差,定位精度高。

根据该定位方案制做了一套专用工装,见图2。该工装以5块独立的基板为支撑基准平面,该基板平面度≤ 0.02mm。当加工外形及底面时,工件采用工艺台及顶面支撑, 2个定位销与基板上的两个D32孔定位,压板C压紧。加工后调整压板,先用4个压板B压紧工件,然后去掉定位销、压板C,就可以精加工中部通槽及中心孔 2-D36+0.0390。

1—定位销;2—压板A;3—压板B; 4—压板C;5—辅助支撑;6—基板;7零件

另外使用该工装时要注意以下几点:

1) 装夹时要注意装夹力不可过大,防止将零件变形。

2) 压板着力点要有稳定的支撑,如底面、工艺台及辅助支撑。

3) 装夹零件时要注意不要纠正零件本身的变形,必要时采用杠杆表打表,辅助支撑进行调节。

通过加工验证,该专用工装,在现场使用中方便快捷,定位可靠,不仅适用于横梁精加工工序的批量加工,也适用于粗加工、半精加工工序。

2.2 确定精加工工艺路线,控制零件变形a) 精加工顶面

顶面的精加工是保证横梁后续精加工尺寸的一个重要环节,加工必须保证平面度≤0.02mm,见图3。

该平面是横梁底面大部分精加工尺寸的定位基准,如果该平面度超差,零件两侧会翘起,用压板压紧后,必然会造成零件变形,加工精度无法保证。另外该平面也是横梁底面尺寸的一个测量的定位基准,测量时零件平放在测量平台上,呈自由状态,该定位面的平面度超差也会成倍的反映在底面平面度上。该工序必须减少各种刀具参数下的切削热及切削振动对工件变形的影响。最终工艺方案采用d16的硬质合金立铣刀,S=4000r/min, F=1000m/min,切削速度达200m/min,此时加工效果较好,平面度满足工艺要求。另外,加工后要求在测量平台上检测加工效果,必须保证平面度≤0.02mm,如果平面度超差,要求重新装夹修整平面,保证平面度≤0.02mm。

b) 精加工底面

精加工底面时,零件虽然采用专用工装定位,但零件整体刚性仍然较差。最初加工时,选用d25的铣刀加工。在加工两侧悬翼及16±0.07台阶时,常发生啃刀现象,分析是刀具与工件常发生共振,因此宜选用较小直径刀具;此外底面及通槽大面积的切削时,加工变形也很大,造成通槽尺寸超差,也宜选用较小直径刀具。

由于加工面较多,通过试切加工最终采用了3种刀具,底面台阶处采用d16硬质合金立铣刀,避免了共振现象的产生,加工表面的纹路较小,满足要求;通槽及底面采用d18的刀具加工效率高,且加工变形能控制在很小的范围内,为保证之后孔系的相关尺寸加工提供了基础。

c) 底面、顶面孔系的精加工

为防止加工变形影响,安排在零件外表面(包括斜面)全部精加工之后再进行加工。装夹时采用沉头形式的定位销,中部通孔用来安装螺栓,并用了一个小压板,见图4。这样使用后压紧力及压紧面大大减小,即使零件定位面不平,也能将压紧造成的变形减小到最小程度。

1—零件;2—定位销;3—小压板; 4—螺母;5—螺栓;6—基板

3 工艺优化效果

通过本次工艺优化,改进了装夹定位方式,并制定了具体的防变形加工工艺路线,通过多批产品加工品质一直很稳定。该工艺方案相比类似薄壁复杂件常采用高速加工的方案[3]提出了普通数控铣加工的详细解决方案,降低了工艺难度,对于类似薄壁复杂零件的加工也具有参考意义。

参考文献

[1]于四宽,周春雷.MasterCam在内腔加工中的应用[J].黑龙江科技信息,2007(17):50-52.

[2]张云峰,曹岩.薄壁件加工变形分析与控制[J].科技信息,2008(08):200-245.

浅析薄壁零件加工过程 篇5

1，薄壁零件一般是不能卡抓直接去夹持：这样我们就必须考虑用一种间接夹持的方法来加工这个零件即做一个工装，工装的做法围绕着减少x轴向力的原则下采用z向固定的方法，可以通过来夹持一中间物来把所要加工的零件借助于配合和压板使之z向固定，

浅析薄壁零件加工过程

，

2，薄壁两件一般的毛胚件的加工余量不是很大，这类零件很大程度上都是镁铝材料或是这类的合金铸件，铸造的不均匀和加工余量的不大也给加工这类零件带来了诸多的的困难，由于铸件的不匀称装夹时就不可能考虑三爪自定心卡盘，必须考虑四爪来找正来加工此类工件

铝合金薄壁腔体零件加工工艺研究 篇6

【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。

薄壁零件加工工艺方法研究 篇7

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

薄壁板材加工变形控制工艺研究 篇8

一、薄壁板材铣削加工工艺分析

(一) 薄壁板材铣削力

图1为薄壁板材铣削过程的分析示意图。在本文中, 为了更加方便的供大家观察分析, 我们把总的切削面积来进行有效划分, 来降气变成许多个微单元组成, 并结合相应的计算, 来对每个单元的受力情况进行充分的分析, 从而进一步得出薄壁板材铣削力的具体空间分布状态。最后将多有的单元力相加, 就能够得出总的薄壁板材铣削力。

(二) 薄壁板材加工关键点的选取

进行直边的切削且ae<R时, 其薄壁板材铣削力的分布情况如图2所示。刀齿从E点切入, 再从D点切出, C点为二分之一径向切深处, 其具有明显的代表性。然而由于铣削刀存在着明显的螺旋角, 导致其在E处切入时, 其所形成的切削面积在位置理论上为0, 因此, 我们通常选取C点与D点来作为薄壁板材加工的关键点进行分析。

二、薄壁板材变形的有限元分析

(一) 薄壁板材变形的有限元模型分析

进行薄壁板材加工时, 通常可以运用多种加工方法, 其中最主要的是采用由内向外的环切法, 使得刀具在框体的中部下刀, 再不断的向外旋转, 如图3所示。图3中部分带有箭头的实线, 通常指的是刀具的外轮廓线所得的实际运动轨迹, 我们一般将此来作为有限元模型的重要建模依据, 并进一步结合关键点的有效选取原则, 来对模型中的关键点进行更加合理的设置工作, 此外, 各条直线的交叉点就是有限元模型的建模关键点, 要求其能够充分的采用由下往上的方法, 来对各个关键点的坐标进行更加充分而又明确的设定, 促使其生成更加合理的关键点, 最后再由点生成线, 并进一步由线生成面。同时, 在整个模型的实际建立过程中, 为了能够更好的促使关键点的位置体现出变性的最大值, 就要求我们必须将切削用量与坐标位置有效的联系起来。其中, 图3变为薄壁板材变形的有限元模型示意图。

(二) 薄壁板材变形的有限元变形规律

1关键点的变化规律:当关键点所在的位置经过拐角处时, 与相邻的关键点比较而言, 由于其受力情况比较大, 就会促使该部位的变形情况也比较大。而当关键点所处的位置位于刀具的切出点时, 由于其受力作用比较小, 就促使其发生的变形程度也比较小。当关键位置位于刀具运动的中心轨迹上时, 就会导致其受力较大, 从而使得其变形情况也较为严重。

2切削变化规律:由于在切削活动的初步进行时, 其薄壁板材中心的刚性条件比较好, 与同一直线上的其他点相比而言, 中心处各个点的变形情况比较小, 而随着刀具不断地向外呈环形状切削, 我们就会明显的发现, 这种变化规律开始逐渐消失了。而另一方面, 伴随着薄壁板材在模型中所占比例的不断增加, 各个板材中间部位的刚性也开始不断地减弱, 从而使得其所发生的变形情况也越来越强。这就会进一步导致距离约束比较近的两端部位的变形程度比较小, 从而使得在整个直线中, 各个关键点之间的变形规律呈现出一种抛物线的形状。

三、薄壁板材变形受精加工余量的影响作用

一般来说, 薄壁板材加工变形情况, 往往会随着精加工余量的变化而发生一定的变化, 当精加工余量的小于2mm的时候, 薄壁板材的变形情况, 就会一直随着精加工余量的增加而不断增加, 同时, 一旦精加工余量大于2mm, 薄壁板材的变形情况就会随着精加工余量的增多而减少。究其原因主要是虽然精加工余量增加时其切削力也会增加, 导致板材的变形情况也产生一定的增高趋势, 然而由于精加工量的增加会使得板材的厚度也随着增加, 使得板材的刚性能够得到一定程度上的提高, 从而使得板材刚性的增加程度远远的超过了切削力增加的程度, 这就会导致变形的不断减小。所以说, 精加工余量越大, 其板材的变形情况就越小, 因此, 为了能够更好的提高加工效率并减小薄壁板材的变形情况, 就要求我们在进行最后一刀的精加工时, 采用较大的ap进行薄壁板材的铣削加工工作。

结语

刀具路径优化法和大切深法是薄壁板材加工变形控制工艺中最主要的两种控制方法。一般来说, 和各种常规的加工变形控制工艺不同, 薄壁板材加工变形控制工艺中的刀具路径优化法与大切深法, 都能够与薄壁板材的刚性特征进行充分的联系与结合, 来进一步降低板材加工的变形情况。因此, 在实际的加工控制过程中, 我们不仅可以把这两种薄壁板材加工变形的加工控制工艺进行单独使用, 也可以实现两只之间的有效结合, 促使其能够更好的应用到具体的实践生产活动中。

参考文献

[1]肖军杰, 李东升, 李小强, 等.钛合金薄壁零件数控热拉伸蠕变复合成形研究进展[J].稀有金属材料与工程, 2013 (12) .

[2]刘棵, 兰凤崇, 周云郊, 等.板材压力连接的强度数值模拟与实验研究[J].机械设计与制造, 2014 (01) :11-14.

大型薄壁机匣加工工艺研究 篇9

当今一个国家的航空航天技术是否发达已成为衡量一个国家科技水平、国防实力和综合实力的重要标志之一。而航空发动机制造技术又构成了其中最重要的一环, 作为发动机重要部分的机匣件, 在实际加工过程中有很多技术难题。由于机匣结构复杂且壁薄, 在加工中如何控制变形和提高质量成为关键。大型薄壁机匣的加工在国际航空业也是一个难题, 但随着加工技术的不断成熟, 国外同行已经摸索出一套方法, 国内在这方面做了很多研究, 但仍很难达到自由状态的技术要求。

2 研究目标

本项目以某机铸镁附件机匣为载体, 采取冷热工艺结合的研究方式, 从毛坯到成品全过程, 系统地开展铸镁机匣变形控制及检测方法研究, 探索出一条有效的解决附件机匣变形的途径, 提高附件机匣加工质量, 彻底解决铸镁机匣类零件加工及使用中的变形问题, 保证零件使用过程中尺寸稳定、变形可控, 保证发动机的装配精度、使用性能和可靠性。

3 机匣变形原因分析

3.1机匣零件尺寸较大, 材料为镁铸件, 由于生产组织不合理, 毛料加工后基本没有自然时效释放残余应力的过程, 直接投入生产, 零件在加工和周转过程中, 应力释放而产生变形。

3.2现行机匣加工工艺通常在粗加工后安排稳定处理去除加工应力, 但热处理也不能完全消除加工应力, 据统计热处理仅能去除30%~40%的应力。

3.3目前国内大型复杂结构铸镁机匣整体铸造精度和质量达不到要求, 铸件基准不好, 零件找正较困难, 还经常冶金缺陷、有缺肉现象, 缺肉后补焊造成零件变形较大。

3.4现行机匣加工工艺规程中, 许多尺寸仅在工序中检查, 最终检验只检查工序检验印, 此时由于零件变形等原因, 尺寸已经发生变化。

3.5现行机匣加工工艺规程中, 许多尺寸允许在机床上检查, 机床检查合格不等于自由状态合格, 更不意味装配状态合格。

3.6机匣类零件装夹方式单一, 基本为止口定位, 压盖或压板夹紧, 很少采用辅助支承结构, 不利于薄壁机匣加工。

4 控制变形的措施

4.1 加工方法的选择

(1) 毛料自然时效, 消除应力。合理安排工序, 在满足生产的条件下, 毛料周转过程有一段自然时效时间。提前准备毛坯, 存放一段时间, 使铸造应力自然时效释放残余应力, 自然时效时间至少为二个月至六个月的存放期。 (2) 细化加工方法, 不同的加工方法产生的加工应力不同, 细化机匣加工工艺规程, 固化走刀路线, 切削参数, 减少应力产生的变形。 (3) 在机匣加工工艺中引进振动时效技术, 在机匣半精加工后, 精加工前, 增加振动时效工序, 进一步释放机匣加工应力。 (4) 应用机匣类零件动力学仿真加工技术研究, 将仿真加工分析技术应用于机匣加工变形控制上。 (5) 最终检验工序取消检查工序检验印的做法, 设计、制造限制夹具, 增加模拟装配的限制状态检查控制手段。 (6) 工装夹具上采用辅助支承结构的夹具, 减小薄壁机匣的变形。

4.2 设备及工装的选用

带有孔系的附件机匣粗加工在镗床上进行。但是精加工, 为保证机匣壳体孔系的孔距和同轴孔系的同轴度, 一般选用坐标镗床, 采用坐标法和调头镗的方法加工。即将被加工孔系间的孔距尺寸, 换算为两个互相垂直的坐标尺寸, 在工件的一次安装下, 通过控制机床的坐标移动镗出机匣一端的孔后, 将工作台旋转180度后再加工机匣另一端的孔。对于机匣加工中对易产生机匣变形的工序的夹具, 应在压紧方式上尽可能采取轴向压紧和内涨紧的形式。对于悬臂的部分增加了辅助支承。

4.3 工艺方法安排

对于结构复杂、壁薄、刚性较差的铸镁机匣, 在工序安排时需设法减少变形产生的加工误差, 正确选择零件的压紧位置, 而且互为基准且要反复修复基准, 防止最终加工变形;因此在安排工艺路线时采用先加工面后加工孔的加工顺序;粗精加工分阶段进行和工序集中的原则, 并将壳体孔系的加工安排在座标镗床上分粗加工———半精加工———精加工三个阶段;以确保主要表面的加工精度。

4.4 基准平面的选择

根据附件机匣的结构特点, 采用一面两销的定位方式, 面尽可能选择大平面 (定位面或装配结合面) , 两销孔选择距离最远的两处。为了防止零件变形, 基准平面的加工时要安排反复修复基准, 同时增加手工刮削或精研工序。

4.5 加工两基准孔

一般在座标镗床上加工, 由于后续加工有变形, 此两销孔只作为粗加工定位用, 不能一次加工到位, 销孔尺寸比设计图纸尺寸小。

确定加工工步:钻中心孔———钻孔———镗孔 (扩孔) ———铰孔 (用于尺寸相同但数量较多的孔, 扩孔用于孔径小于ф4mm的孔)

确定切削用量:在坐标镗床上加工孔直径 (ф6mm~ф8mm) 常用的工艺参数见表1:

加工注意事项:要严格贯彻粗、精分开, 先粗后精的镗削原则;镗刀的材料一般为普通高速钢, 中心钻、钻头、铰刀的材料一般为高速钢W2Mo9Cr4VCo8 (M42) , 采用硬质合金材料耐用度更好, 孔径更稳定;加工时可采用机油进行润滑和冷却, 以降低粗糙度和保持尺寸稳定;铰孔前的镗孔尺寸应严格控制, 保持稳定, 以保证铰孔尺寸的稳定;采用铰孔为最终加工方法, 孔的位置度应在铰孔前镗孔时保证;精镗孔以前将端孔中油槽全部加工到位, 精镗孔加工完成后只剩下轴孔做基准的其它油路孔 (在侧面或很小ф0.8小孔) 加工, 不易对零件轴孔及端面产生变形。

4.6 轴孔的加工

镗轴孔分粗、精加工, 采取工序集中的方法, 粗镗孔给精加工单边留0.5mm余量。精加工分两刀进行, 第一刀单边留0.1mm余量, 第二刀加工到尺寸。采用立卧转换的座标镗床, 尽可能一次装夹后加工所有面及孔。同时将技术条件的基准尽可能在一次装夹下加工, 这样保证了12个轴孔之间较高位置精度要求。

4.7 研磨结合面

附件机匣通常采用一面两销方式定位, 接合面一般都有着色要求, 沿周边60%不间断。着色用的平台一般都制作专用平台, 平面形状可与机匣接合面形状相近, 以保证着色质量, 而且着色不能太厚, 否则影响加工者和检验人员的判断。应特别注意:镁合金零件不得采用铸铁盘研磨表面, 主要是因为研磨膏易渗入机体内, 无法进行清除, 采用100#金钢砂研磨或者采用刮刀刮修表面着色检查。

4.8 浸润处理

为了使铸件内部组织更紧密, 防止由于试验渗漏而补焊, 一般在工艺中安排此工序。浸润处理常用的堵漏剂有树脂类、硬氧胶、亚麻等, 树脂类、硬氧胶的堵漏效果较好, 一次浸润处理就可堵住渗漏部位;浸润亚麻效果差, 常重复浸润, 清理很困难。一般浸润次数不允许超过3次。特别注意的是:浸润处理后需要进行固化, 为了防止粘在壳体上, 尤其是加工后的孔中, 浸润后必须要求增加清洗工序后再固化。

结语

本方法所研制的附件机匣已装机、试车考核, 证明可以满足发动机的设计要求。该工艺的设计结构合理, 满足了生产的要求, 达到了预期的技术、经济、质量指标, 对类似件的加工有一定的借鉴作用, 有一定的推广价值。

摘要：机匣等薄壁类零件具有形状结构复杂、加工余量大、刚性低、精度要求高、加工工艺性差的特点, 在其制造和使用过程中产生变形问题。本文通过从机匣的变形原因、加工方法、工艺路线等方面全面进行了分析, 探索出一条有效的解决附件机匣变形的途径, 对薄壁类机匣件的加工有一定的借鉴作用。

关键词：薄壁机匣,变形控制,加工工艺

参考文献

[1]王道荫.迈向21世纪的航空制造技术[J].北京:航空工业出版社, 1994.

[2]刘强, 娜极.航空航天制造与现代数控技术及装备[J].中国制造业信息化, 2005, 3:64-66.

[3]航空制造工程手册总编委会.航空制造工程手册.航空工业出版社, 1995.

薄壁件加工工艺 篇10

关键词：薄壁零件,工艺分析,加工方案

1 薄壁工件的加工特点

车薄壁工件时, 由于工件的刚性差, 在车削过程中, 可能产生以下现象。

1.1 因工件壁薄, 在夹压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。当采用如图1所示三爪卡盘夹紧工件加工内孔时, 在夹紧力的作用下, 会略微变成三角形, 但车孔后得到的是一个圆柱孔。当松开卡爪, 取下工件后, 由于弹性恢复, 外圆恢复成圆柱形, 而内孔则如图2所示变成弧形三角形。若用内径千分尺测量时, 各个方向直径D相等, 但已变形不是内圆柱面了, 这种现象称之为等直径变形。

1.2 因工件较薄, 切削热会引起工件热变形, 从而使工件尺寸难以控制。

对于线膨胀系数较大的金属薄壁工件, 如在一次安装中连续完成半精车和精车, 由切削热引起工件的热变形, 会对其尺寸精度产生极大影响, 有时甚至会使工件卡死在夹具上。

1.3 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, 影响工件的尺寸精度, 形状、位置精度和表面粗糙度。

2 减少和防止薄壁件加工变形的方法

2.1 工件分粗, 精车阶段粗车时, 由于切削余量较大, 夹紧力稍大些, 变形也相应大些;

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。

2.2 合理选用刀具的几何参数精车薄壁工件时, 刀柄的刚度要求高, 车刀的修光刃不易过长 (一般取0.

2~0.3mm) , 刃口要锋利。

2.3 增加装夹接触面如图3所示采用开缝套筒或一些特制的软卡爪。

使接触面增大, 让夹紧力均布在工件上, 从而使工件夹紧时不易产生变形。

2.4 应采用轴向夹紧夹具车薄壁工件时, 尽量不使用径向夹紧, 而优先选用如图4所示轴向夹紧方法。

工件靠轴向夹紧套 (螺纹套) 的端面实现轴向夹紧, 由于夹紧力F沿工件轴向分布, 而工件轴向刚度大, 不易产生夹紧变形。

2.5 增加工艺肋

有些薄壁工件在其装夹部位特制几根工艺肋, 以增强此处刚性, 使夹紧力作用在工艺肋上, 以减少工件的变形, 加工完毕后, 再去掉工艺肋。

2.6 充分浇注切削液通过充分浇注切削液, 降低切削温度, 减少工件热变形。

3 数控车削薄壁件参数选择

数控车床进行薄壁件加工时, 具有较大的优势, 对于直径较小 (φ160mm以内) , 长度短 (250mm以下) , 壁厚为2-2.5mm的薄壁工件, 可以一次性车削成型。但应注意不要夹持在薄壁部位, 同时应选择合适的刀具角度, 具体的刀具角度如下。

3.1外圆精车刀

Kr=90°～93°, Kr’=15°α0=14°～16°, α01=15°, γ0适当增大, 刀具材料为YW1硬质合金。

3.2 内孔精车刀

Kr=60°, Kr1=30°, γ0=35°α0=14°~16°, α01=6°~8°, λs=5~6°, 刀具材料为YW1硬质合金。

3.3 精加工车削参数Vc=160m m/m in, f=0.1m m/r, αp=0.2~0.4m m。

通过以上分析, 本例的薄壁工件可采用悬臂装加的方式进行加工。

4 加工薄壁件难点分析

本例工件除了加工薄壁件的难点外, 还有加工内凹半圆?外凸半圆以及T型槽的加工难点。对于内凹半圆, 采用R3的圆弧形车刀进行加工;对于外凸半圆, 则采用外切槽刀进行加工;对于T形槽, 则采用35°菱形刀片机夹式车刀进行加工, 其主偏角取93°, 副偏角取52°。

5 薄壁组合件加工方案

本例加工薄壁组合工件如图8所示, 加工方案如下:

5.1 加工件3右侧内外轮廓如图5所示, 注意先加工外轮廓, 再加工外轮廓, 保证φ58, ф52外圆尺寸, 同时保证ф48, φ23内孔和内锥孔的精度要求。

5.2 掉头装夹, 以φ23内孔表面作为校正面进行校正, 加工件3左侧外轮廓及内锥孔, 保证各项精度要求。

5.3 加工件2左侧内孔及外圆台阶如图6所示, 保证φ70外圆尺寸, 同时保证φ48, ф58内孔和M56×2-6H内螺纹的精度要求, 用件3与之螺纹旋和, 保证配合精度要求。

5.4 拆除件2, 加工件1左侧内外轮廓如图7所示, 先加工外轮廓再加工内轮廓, 注意薄壁件的悬臂加工以及外凸半圆和内凹半圆的加工刀具及加工方式。

5.5 掉头采用一夹一顶的方式装夹件1, 加工件1右侧外轮廓, 保证φ58, φ48, φ23, φ16的外圆尺寸及M56×2-6g的外螺纹尺寸的精度要求。

5.6 不拆除件1, 用螺纹连接方式安装件2, 加工件2外轮廓, 保证φ80外圆及T形槽的各项精度要求。

5.7 拆下件1, 以件2的Ф80的外圆作为装夹表面, 校正Ф48内轮廓后加工件2左侧内轮廓, 保证Ф58内孔和M56×2-6H内螺纹的精度要求, 用件3和件1与之试配, 保证配合精度要求;如图8所示。

5.8 拆下工件, 去毛倒棱, 进行工件组合并进行自检。本例的关键是进行合理的工艺分析, 选择合理的加工方案, 合理的选择刀具及切削参数, 而工件的编程难度不大, 这里就不再做叙述。

6 结语

本文阐述了薄壁工件的加工特点, 减少和防止加工变形的方法, 加工难点分析以及数控车削薄壁件参数的选择, 确定了薄壁组合件加工方案。经生产实践证明, 该加工方案切实可行, 能保证薄壁组合件的尺寸精度、形状精度、位置精度、表面粗糙度和装配质量都满足图纸要求, 可为类似零件和产品的机械加工提供一定的借鉴。

参考文献

[1]刘立.数控车床编程与操作.北京:北京理工大学出版社.2006.8.

[2]职业技能鉴定教材编审委员会.车工.北京:中国劳动出版社.2004.7.

薄壁类零件的数控加工 篇11

关键字：薄壁类零件 数控加工

【分类号】TG659

随着我国大力发展装备制造业， 数控加工越来越成为机械工业等各行业的首选。其中薄壁类零件应用广泛，它具有重量轻，节约材料，结构紧凑等特点。但薄壁零件的加工是车削中比较棘手的问题。

一、薄壁类零件的加工特点

薄壁类零件的内、外直径差非常小，由于夹紧力、切削力、切削热、内应力等诸多因素的影响，加工难度比较大。

1、薄壁类零件承受不了较大的径向夹紧力，用通用夹具装夹比较困难。

2、薄壁类零件刚性差，在夹紧力的作用下极易产生变形，常态下工件的弹性复原能力会影响工件的尺寸精度和形状精度。

3、工件的径向尺寸受切削热的影响大，热膨胀变形的规律难以掌握，因而工件尺寸精度不易控制。

4、由于切削力的影响，容易产生变形和振动，工件的精度和表面粗糙度不易保证。

5、由于薄壁类零件刚性差，不能采用较大的切削用量，因而生产效率低。

二、薄壁类零件的编程注意事项

1、增加切削次数。对于薄壁类零件至少要安排粗车、半精车和精车，甚至多道工序。在半精车工序中修正因粗车引起的工件变形，如果还不能消除工件变形，要根据具体变形情况适当再增加切削工序。

2、工序分析。薄壁类零件应按粗、精加工划分工序，以降低粗加工对变形的影响。对于需要内、外表面均要加工的情况，应首先全部完成内、外表面的粗加工，然后再进行全部表面的半精加工，最后完成所有的精加工。这样虽然增加了走刀路线，降低了加工效率，但保证了加工精度。

3、加工顺序安排。薄壁类零件的加工要经过内、外表面的粗加工、半精加工和精加工等多道工序，工序间的顺序安排对工件变形量的影响较大，一般应作如下考虑：

（1）粗加工优先考虑去除余量较大的部位。如果工件外圆和内孔需切除的余量相同，则首先进行内孔的粗加工，因为先去除外表面余量时工件刚性降低较大，而在内孔加工时，排屑较困难，使切削热和切削力增加，两方面的因素会使工件变形扩大。

（2）精加工时优先加工精度等级低的表面。因为虽然精加工切削余量小，但也会引起被切工件的微小变形。然后再加工精度等级高的表面，精加工可以再次修正被切工件的微小变形量。

三、减少薄壁类零件变形的一般措施

1、合理确定夹紧力的大小、方向和作用点

（1）粗、精加工采用不同的夹紧力。 正确选择夹紧力的作用点，使夹紧力作用于夹具支承点的对应部位或刚性较好的部位。

（2）改变夹紧力的作用方向，变径向夹紧为轴向夹紧。因为薄壁类零件轴向承载能力比径向大。

（3）增大夹紧力的作用面积，将工件小面积上的局部受力变为大面积上的均匀受力，可大大减少工件的夹紧变形。

2、尽量减少切削力和切削热

（1）切削用量中对切削力影响最大的是背吃刀量，对切削热影响最大的是切削速度。因此车削薄壁类零件时应减小背吃刀量和降低切削速度，以减少切削力和切削热，同时应适当增大进给量。

（2）充分浇注切削液。浇注切削液可以迅速降低切削温度，并减小摩擦系数，减小切削力。

3、使用辅助支承。使用辅助支承可提高工件的安装刚性，减少工件的夹紧变形。如用支撑块对准卡爪位置，支承于工件内壁，用来承受夹紧力。

4、增加工艺筋。有些薄壁类零件可在装夹部位铸出工艺加强筋，以减少夹紧变形。

四、薄壁类零件的编程加工

本课题要求编程并加工如图1-2薄壁零件，工件材料为HT200，毛坯为铸造件，毛坯长度56mm。

1、工艺分析与工艺设计

（1）图样分析

图1-2所示零件为薄壁零件，刚性较差，零件的尺寸精度和表面粗糙度要求都较高。 该零件表面由内外圆柱面组成，其中有的尺寸有较严格的精度要求，因其公差方向不同，故编程时取中间值，即取其平均尺寸偏差。

（2）加工工艺路线设计

确定加工顺序，加工顺序由粗到精，留余量0.5mm。

①三爪卡盘夹持外圆小头，粗车内孔、大端面。

②夹持内孔、粗车外圆及小端面。

③扇形软卡爪装夹外圆小头，精车内孔、大端面。

④以内孔和大端面定位，心轴夹紧，精车外圆。

（3）确定工件原点

①粗、精车内孔、大端面，以工件左端面中心线交点为工件原点。

②粗、精车外圆、小端面，以工件右端面中心线交点为工件原点。

（4）刀具选择

①T01：端面车刀 ②T02：内孔车刀

2、程序编制

（1）粗车内孔及大端面

参考文献：

【1】朱勇.数控机床编程与加工.北京：中国人事出版社，2011

【2】關雄飞.数控加工工艺与编程. 北京：机械工业出版社，2011

【3】君文，邓广敏.数控技术.天津大学出版社，2002

薄壁类零件加工工艺的研究及应用 篇12

我单位生产的刮板机链轮轴组上的浮封座(如图1所示),该零件的L/D=264/25.5=10.35,且最薄处尺寸为3.6mm,属于典型的薄壁类零件。此零件材质为45#,且为锻制毛坯,调质处理,硬度HB280～320,加工难度较大。

1 原加工工艺

通过研究图纸得出,尺寸20.5,Φ264.17及Φ251位置公差要求较高,为保证加工精度达到图纸要求,上述三个尺寸需一次装夹加工完成。因此,初步确定加工完Φ233及宽度尺寸25.5左侧后,使用三爪定心卡盘撑住尺寸Φ233处对其余尺寸加工。通过对试加工件的测量发现:尺寸Φ264.17存在椭圆近2mm,且Φ251处光洁度较差,尺寸20.5左侧相对于A的垂直度较差。虽然通过减少进刀量、提高切削速度、选用新型刀具等方式,加工精度有所提高,但仍达不到图纸要求,且加工效率低。

2 新加工工艺的制定

针对试加工件出现的问题,经过工艺分析和研究认为,原工艺:加工完Φ233及宽度尺寸25.5左侧后,再对其余尺寸加工是合理的,关键在于如何装夹,以防止出现加工变形,确保加工质量。为此,经过多次试验,设计制作了此零件的加工工装,并对加工过程进行了优化。

3 工装设计及验证

该工装的设计思路为:为避免三爪卡盘直接撑内孔造成加工过程中工件变形,使用三爪卡盘装夹工装,工装与工件通过螺纹连接,消除加工过程变形。具体步骤如下:

3.1 1)粗加工,尺寸Φ2 3 3加工为M 2 3 0×2螺纹,其余各处留余量3mm～5mm;2)、使用三爪卡盘装卡工装,工装上加工M230×2的外螺纹;3)、将工件通过螺纹装夹在工装上,进行精加工(如图2所示);4)、加工完成后,卸掉工件、工装,使用三爪卡盘夹持Φ252处,加工Φ233至尺寸。

3.2 工装验证情况

按照此工装、工艺加工的此类薄壁零件,经测量各项尺寸符合图纸要求,安装使用后均未出现问题,证明工艺及工装的设计制作是合理的。

4 结语