薄壁类零件（精选十篇）
薄壁类零件 篇1
1 薄壁筒类零件的加工难点
研究对象所选用的材料是硬铝，从设计图(图2)中可以看出，该衬板壁厚最大不超过0.75mm，是典型的薄壁筒类零件。加工难点主要有：1)装夹定位困难。该衬板的壁厚很薄，为直筒结构，不易用常用的车削加工方法来实现装加定位。2)车削过程容易出现让刀、震刀等现象，给加工带来难度。对φ205×32.5的环形管采用内外分层的方式进行余量加工，将壁厚从原来的32.5mm加工到0.35～0.75mm，当零件壁厚加工到了图纸上所标的尺寸的时候，很容易出现让刀、震到等现象。
2 薄壁筒类零件常用加工方法
薄壁筒类零件常用的加工方法有以下几种：
1)一次性加工成型。一般的工艺方法为：a.先去内外的余量，使得外圆与内孔与既定的尺寸最小相差5mm;b.将外圆或者内孔加工到合适尺寸;c.分层车削，以达到设计图上的尺寸。从现场加工的状况来看，分层车削是最不好把握的一个流程，当靠近尺寸时，由于零件很长且壁薄，会产生严重的让刀现象，从而导致震刀现象的发生，无法进行切削。因而通过一次车削加工很难完成零件的加工。2)可涨芯轴撑内孔车外圆加工法。零件的壁很薄，因而零件的强度是有限的，在可涨芯轴部门作用力不能完全可控，如果用力不均匀会导致零件变形扩孔，尺寸就会超过规定的值，零件便报废了;另外，如果是小批量生产，那么制作专用可涨芯轴要花费较大的成本，这种方式不经济。3)塞堵头夹外圆车内孔，配合堵头顶中心孔车外圆加工。这种加工方式首先是把内孔加工到设定的尺寸，给外圆留一定的加工余量，最后一端夹持外圆，而另一端用顶尖装入零件内孔中一端带有中心孔的堵头中。在实践中发现，该工艺的要求较为苛刻，零件夹持外圆同内孔，堵头外圆与堵头端面中心孔要求严格同轴，如果同轴度不好，加工中壁较薄的部分可能会因为应力集中而发生扭曲变形，褶皱变形、壁厚不均等现象，导致零件报废。
通过以上的分析可见，传统的加工方法不适用与薄壁筒类零件的加工。
3 具体工艺流程
下面给出一种可行的工艺措施。主要工艺流程是，先把孔加工到尺寸，然后配芯轴车外圆。具体是先把孔加工到设定尺寸，然后配芯轴，以保证间隙配合。零件所选用的材料是铝，为了避免出现材料亲和的现象，采用钢料作为芯轴材料。与通常所用的芯轴不同的是，芯轴不能依靠顶尖孔支撑，而必须镶嵌在顶尖上，以保证其为过盈配合。为了保证芯轴的可使用性，必须让芯轴的内孔和外圆有着较好的一致性。因而，在芯轴车配过程当中，应该采用如下的方式：
1)先车平芯轴的两个端面，在其一端车配上与顶尖圆柱过盈配合的孔，过赢量为0.01～0.03mm。2)芯轴镶嵌在顶尖上，然后把顶尖装到车床的尾座上面。3)移动尾座，使得顶尖伸出之后可以顶到卡盘上面，并锁死尾座。4)将顶尖旋出，顶到卡盘上，并锁死顶尖。5)将机床开动，此时芯轴会随着卡盘一起旋转，并对芯轴进行车削，以保证外径与零件内孔之间有0.02mm Min的间隙。光洁度保持在Ra3.2以下。
这种加工方法加工出的芯轴和本机床镗孔的同轴度较好，可以做到0.02mm以内。针对选用零件的特点以及工艺难点，并结合车间的工艺装备情况以及这类零件加工经验，采取如下工艺流程进行加工：
1)下料：该过程中根据实际情况采用φ205×32.5×120的环管材料，下料过程要留有25mm Min的夹持端头。2)车工1：将端面车削，然后车外圆，保证外径φ200、车削长度30mm Min。3)车工2：夹持上面工序中的外圆，车外圆，然后镗内孔，以保证外圆与内孔的尺寸为目标尺寸留10mm左右的余量。4)热处理：采用高低温时效处理以减少零件粗车工之后的内应力。5)车工3：夹持车工1里面的车削面，见光下料工序里面的定位面以及夹头，保证下到工序可以有效定位。6)精车工：配车软爪，夹持热处理好的夹头，镗内孔大小为φ176.6+0.30，内孔的深度为95±1mm，然后选入事先车配好的芯轴，顶紧零件，车外圆，以保证外径尺寸。在车外圆的时候，采用正车容易造成孔口出现裙边的现象，因而采用反刀的方式比较合适。为了保持总长，应将零件切断，然后从芯轴上将零件取出。
经过以上工艺处理之后，再经过检验，零件的所有尺寸都合格，壁厚控制在0.4mm左右，而壁厚差控制在0.04mm以内。
4 结语
从以上的工艺分析可以看出，采用该工艺方法可以加工出合格的薄壁筒类零件，且精度较高，这一有效的方法为薄壁筒类零件的加工生产提供了可借鉴之处，在此基础上进行拓展，可以创新出更多行之有效的加工方法。
参考文献
[1]陈平, 郑贞平.薄壁缸体零件加工工艺和夹具设计技术的研究[J].无锡职业技术学院学报, 2008.
[2]施勇成.薄壁壳体类铝件的数控加工[J].南通职业大学学报 (综合版) , 2006.
[3]关强, 刘殿通, 刘金华, 刘文芝, 于思远.薄壁长筒件加工新工艺[J].机械工艺师, 2000.
[4]雷奋红.薄壁零件加工装夹方法及车削加工技巧[J].金属加工 (冷加工) , 2011.
薄壁零件加工教学 篇2
关键词：薄壁零件；加工工艺 ；电脑编程
中图分类号：g712文献标识码：a文章编号：1005-1422（2016）06-0084-03
一、引言
零件在加工过程中由于各种因素导致变形是无法消除的，零件在加工中变形的大小除了与零件本身材质、结构有关系外，也与加工中零件的装夹方式、刀具选用、切削用量及冷却液的选择等有很大的关系。材质、结构与其用途有关，有时是无法取代的，因此，我们在零件材料一定的情况下，必须从加工过程中想办法，比如采用正确的装夹方式、合理选用刀具、切削用量、冷却液等，这些是减少零件变形的关键所在。
薄壁零件变形最大，最难控制，主要原因是薄壁零件刚性差、强度弱，在加工中极易产生变形，使零件的形位误差增大，不易保证零件的加工质量。由于薄壁零件重量轻、结构紧凑，应用极为广泛。因此，为了让学生学习加工薄壁零件，笔者特意选择了结构不容易变形、精度要求不高、表面曲面粗糙度要求较高的旋钮图案（图1）。
二、工艺分析
零件材料为铝合金。
零件结构分析：零件总体结构比较简单，但属于薄壁腔体零件，壁厚仅有1mm。加工中要去除大部分材料，会产生铣削热量，从而导致零件产生热变形，这一点是我们制定工艺方案前必须考虑的。薄壁零件加工的影响因素主要还有以下几个方面：
① 装夹时零件产生弹性变形，严重影响加工表面的几何精度和位置精度；
② 切削力作用使零件产生变形；
③ 机床、附件、夹具本身刚性不足，影响加工精度；
④ 切削振动也是造成加工误差的重要原因；
⑤ 零件的厚度要保证均匀；
⑥ 保证零件表面的粗糙度。
上述诸原因，我们在加工前就要逐一解决，制定加工的方案。
我们加工采用的数控铣床是发那科系统的华亚数控铣床，转速最高为6000r/min，进给最高f为8000mm/min，装夹工件只有平口钳，铣刀材质为高速钢，毛坯为70x70x20mm。
三、加工过程
1.选择装夹方式
由于该零件属于腔体薄壁零件，在铣削加工中不能按常规采用平口钳装夹，因为平口钳装夹使零件受力情况不理想。零件在加工中随着大部分材料的去除，其垂直受力方向有变，因而产生变形。但是工件并没有对精度要求很高，保证视觉上的完整就可以了，我们也只有平口钳可以装夹，因此，在教学过程中，选择了平口钳装夹的方式。为了避免夹坏工件，要求力度不能太大，工件用铜片包裹装夹，装上平口钳以后用手大力摇不动就行。刚开始加工由于毛坯比工件高出8mm，所以只要装夹4～6mm就可以了。
2.对刀方法
无论正反面，都是利用平口钳的平面作为z轴高度基准来对刀，比如：毛坯安装以后，最高面到平口钳平面的高度为15.7mm，对刀的时候把这个高度差定为15mm，通过机床坐标来把z轴零点设在毛坯表面，更换刀具的时候统一用这种方法，避免了加工后的毛刺妨碍z轴对刀仪的摆放，又可以迅速更换刀具，保证了对刀的精度。
3.刀具选择
数控加工对夹具的要求可以从以下两个方面考虑：尽可能做到在一次装夹后能加工出全部或大部分待加工表面，尽量减少装夹次数，以提高加工效率和保证加工精度；尽量采用组合夹具、通用夹具，避免采用专用夹具。
刀具的选择要求如下：要根据零件材料的性能、加工工序的类型、机床的加工能力以及准备选用的切削用量，来合理地选择刀具。例如，对于铣削平面零件，可采用端铣刀和立铣刀；对于模具加工中常遇到的空间曲面和铣削，通常采用球头铣刀或带小圆角的鼻型刀。立铣刀有平头刀（r=0）、球头刀（r=r）和鼻型刀（r 内壁如何加工决定了壳体的厚度和零件变形的程度。由于毛坯的厚度有20mm，而零件高度是12mm，因此，在上表面加工外形时，我们特意把深度加工为14mm，反面加工的时候装夹好，简单地对xy轴进行对刀，z轴则要利用平口钳的平面来对刀计算高度，用铣平面把多余的材料切掉，通过不断的z轴零点的调整来保证零件12mm的高度，然后再换上分中棒进行精确分中。这里的关键是在z轴的对刀上，比如：使用z轴对刀仪来对刀，对刀仪放在平口钳的平面上，对好以后的高度是50mm，而工件z轴零点距离平口钳的平面是5mm，那么刀具最低点离工件零点是50-5=45mm，只要在机床输入“z45.”就完成z轴对刀了。之后更换的刀具也是使用同一种方法去对刀，同样是输入“z45.”，这样就保证了统一的基准，缩小了零件厚度的误差，避免换刀以后对刀出现大的误差而导致工件严重报废。
对刀以后将是对内壁进行加工，切削用量图7对切削力的影响是至关重要的。精加工薄壁零件一般应降低和控制切削用量，增加切削次数，匀速切削，以便减少切削力和切削热。若切削面积相等，增加走刀量比增加切削深度的切削力小。而切削速度对切削力的影响是不断变化的，一般应采用较高的切削速度。所以选用合理的切削参数是传统加工薄壁零件时所应考虑的重要措施之一。因此，在加工内壁时无论使用何种刀具切削深度都要较少，机床的转速只有6000r/min，选择加工的层高参数是平时使用的层高的一半以下，而进给量是平时的一倍以上，加工时再根据实际加工来调整进给量。加工旋钮上表面时，底部留了3mm高，1mm的余量，在反面加工时采用双面对称去除余量方法，即在加工中交错进行薄壁两面的加工（caxa制造工程师中的等高精加工使用xy优先加工方法），但是，在这之前要先进行粗加工，余量留0.5～1mm为好，通过提高零件薄壁的刚性来减少零件的变形，最终我们就可以加工出想要的工件了（图7）。
四、结束语
轴类薄壁零件的工艺特征及加工分析 篇3
【摘 要】文章从对轴类薄壁件的特性分析入手，对影响零件加工质量的因素，作了具体分析，揭示了薄壁零件切削加工的实质性问题。弹性变形与切削振动的关系，指出了提高零件在加工中防止变形，提高质量的工艺措施。
【中图分类号】 F407.44【文献标识码】A【文章编号】1672-5158（2013）07-0250-02
前 言
随着社会的发展，人们对产品的质量要求不断提高，希望其产品轻巧、美观、环保、节约原材料，所以薄壁零件被更多应用到产品中。因此，提高薄壁零件的加工质量，对满足产品高品质的要求起着重要的作用。而该类零件的突出特征是零件的刚度低，精度高，在加工中容易产生变形，加工制造的难度大。因此对薄壁零件的加工进行深入的研究有着十分重要的意义。下面我们主要对轴类薄壁零件的加工作出分析研究。
一 、 薄壁零件的特性
薄壁零件的壁厚和零件的整体尺寸相比，很小。因而使零件本身刚性减弱，当受到外力的作用时容易引起变形。薄壁零件的工艺稳定性差。对于轴类薄壁零件，壁厚的大小对零件的加工质量影响很大。壁厚大的，刚度大。壁厚越小，零件的刚度越小，变形量越大。这是造成加工误差的天然因素，也即内因。有时为满足设计要求我们难以改变，那么我们就只能从构成加工误差的外部因素加以分析。下面我们分析造成加工误差的其他因素。
二、 薄壁零件加工误差分析
由上述分析可知，薄壁零件的刚度低，是造成加工误差的内部因素，构成加工误差的外因，一方面，与机床本身的精度，刀具的性状有关。另一方面，与零件所受外力有直接影响。
1、 切削力的影响
例如，在车床上或外圆磨床上加工长轴时，零件被装卡在两顶针之间。切削力Py，使零件发生弯曲变形。因而，在零件的全长范围内，切去的金属层厚度不均匀，在中间部分切去的金属层最薄，形成腰鼓形误差。（图1）
对于壁厚不均匀的零件，当加工偏心外圆时，由于切削力的影响，就会在薄壁处出现内外表面塌陷（图2-1），或外圆表面凸起的情况（图2-2）。
1） 发生永久变形时产生误差的情况；2） 发生弹性变形时产生误差的情况
2、 夹紧力的影响
利用三爪卡盘夹持零件进行镗孔时，零件的内孔，是当零件发生了弹性变形的情况下成形的（图3），当取下零件后，由于弹性的恢复，加工好的内孔，就会向原夹紧力的相反方向伸长，造成圆度误差。
3、 弹性变形与切削振动的影响
综上分析，尽管各类零件的形状结构不同，加工方法各异。但对影响加工误差的原因，却有一个共同点。这就是：外力引起的弹性变形，产生加工误差。其误差的大小，与零件发生弹性变形的程度有关。
切削过程中的弹性变形，是产生切削振动的重要根源。
切削振动，反回来又加剧薄壁零件的弹性变形。这种由变形引起振动，振动加剧变形的往返过程，是薄壁零件切削加工中的一个显著特点，也是造成加工误差的重要原因。
三、 改善薄壁零件切削加工的基本途径
根据薄壁零件刚度低的特点，在制定加工方案时，常常把增加零件的有效刚度，选择合理的夹紧方式，优选刀具几何参数以及改变工艺方法等手段，当作重要的措施原则。
1、增加零件的有效刚度，提高零件在加工中抵抗变形的能力。
当刀具切入刚度低的零件时，由于工件发生弹性变形，即使一把锋利的刀具，也会遇到来自工件方面的“以柔克刚”的反切削阻力。使工件与刀具的相对位移加大，切削振动加剧。在此情况下，必须提高零件的有效刚度，才能保证切削的顺利进行。例如，1）对长径比大的轴类零件，利用中心架和跟刀架，使有效长径比变小，使有效刚度增大。改变由两端顶起为一端用车头夹持，一端用顶针支撑的方式，以及对精度高的长轴，两端顶针孔必须经过研磨，获得正确的锥孔及高的光洁度等方法，都是减少接触变形，增大支承刚度的有效措施。2）对于薄壁筒零件欲增加其有效刚度，可以增加有效厚度着手，在零件受加持的部位，衬一足够厚度的整圆衬圈，连同衬圈一起加紧零件，使薄壁受到支撑，避免夹紧处的应力集中，减少夹紧变形。
2、选择合理的夹紧方式，消除或减少零件的夹紧变形。
1）在细长轴零件的加工中，由于零件的热扩散性能差，切削热会导致零件产生很大的线膨胀，加剧零件的弯曲变形和振动。若采用弹性夹头和塑性液压顶针并使用跟刀架，工件与卡爪间为线接触，起万向调节作用，可以减少零件的弯曲变形。同时采用反向走刀的切削方式，可提高加工质量。
由于零件很长，刀具由一段走到另一端，会因磨损过大而很快降低切削能力并带来加工误差。因此，在跟刀架的作用下，工件的刚度低，已不再成为矛盾的主要方面，而如何提高刀具的耐用度，则是能否完成这一切削过程的关键。于是，采用大走刀、小吃刀和低速切削的方法，常能收到满意效果。
2）选择轴向夹紧，改善工件的受力条件
当工件的内孔或外圆存在有圆度误差时，不论夹持外圆或内孔，夹紧变形都是难以避免的。可实施轴向夹紧。对于薄壁筒类零件，实行轴向夹紧的优点在于，当圆筒形零件承受外力时，从力学的观点分析，在互相垂直的轴向和径向，零件承受的应力（δ）是不相等的。当轴向夹紧时零件许可承受的外力，比径向夹紧时许可承受的外力大得多。因此，实施轴向夹紧，可以保证夹紧力的作用方向始终通过零件本身刚性最强的截面。
3、 改进工艺方法
对于一些薄壁环状零件，像光学玻璃压圈、隔圈、垫环等。都具有壁厚小，两端面平行度高的特点，为避免第二次装卡时产生夹紧变形，多采用一次装卡的方法完成最终工序的加工。
4、 优选刀具几何参数，提高切割能力
刀具几何参数的合理选择，是反映切削过程中多因素综合效果的重要标志。各个几何参数，包括切削角度、刀口形状、刀刃形状。在切削过程中都不是孤立的在起作用，而是互相影响、互相制约。选择时除应遵循一般的切削规律，还应针对薄壁零件的工艺特征，侧重于保持刀刃的锋利和切削过程的稳定。例如，从降低切削力，减少切削变形，加强刀具的切割能力来看，应选择大的前角和后角及小的刀尖角。为消除由于前后角的增大对刀刃强度的影响，可采用带倒棱的刃口形式达到锐中求固的目的。
但从减少切削振动来看，往往采用较小的后角，以增大刀具后面与工件的接触面积。限制振动的振幅，达到消振的目的。尤其当对薄壁筒零件进行车削加工时，在刀具的主、付刀面上，用油石劈出后角等于零到负五度的消振棱。有助于消除由于零件刚度小而产生的低频振动。
为减小由于刀具的推挤作用产生的加工误差。应采用大的主偏角（φ=75°～90°），使切削力的分布有利于防止零件受力变形，减小切削振动。为不使刀口强度过多的削弱，可在刀尖处做出局部的小主偏角φ，形成圆弧或直线的过渡刃。
刃倾角的作用主要是控制住刀刃强度和排屑方向。针对薄壁零件刚度小，切削力不大的情况，一般刃倾角取负值（刀尖高），既可以保护已加工表面不被流屑擦伤，又可降低切削分力Py引起的振动。
参考文献
[1] 仪器制造工艺学 ——————————————北京工学院
[2] 金属切削加工基本原理和机床（美）布斯罗伊德———— 山东科技出版社
薄壁类零件三维数据测量方法探索 篇4
关键词：光学测量,三维曲面,薄壁零件,点云
0 引言
近年来,三维扫描技术作为一种新兴技术,在逆向工程中应用越来越广,但在某些领域仍存在一定问题。譬如在薄壁类零件的三维数据测量中,360°翻转扫描是一个技术难点[1]。以发动机叶片为例,在进行整体轮廓扫描时,因壁厚不超过2 mm且中间无过渡面,因此正反面的标记点无法拼合,获取该类零件的完整点云数据比较困难。本文利用拍照式三维扫描系统,对光滑、反光类金属薄壁件的数据测量方法和技巧进行探索。
1 薄壁零件点云数据的获取
发动机叶片作为典型的薄壁类零件,数据测量过程具有代表性。下面对如何获取发动机叶片的点云数据进行探索。
1. 1 零件表面预处理
物体的表面品质对测量结果有一定的影响。零件最理想的表面状况是不反光、不粗糙的亚光白色。发动机叶片属于光滑、反光类金属薄壁件,因此需做表面处理。
1) 利用蓝墨水对叶片进行浸泡观察效果,发现叶片依旧反光严重且表面颜色接近黑色,更不利于进行扫描操作,所以此法不可取。2) 在叶片表面喷一薄层白色显像剂,鉴于金属表面光滑,喷涂的显像剂不易附着,故喷涂完成之后,尽量不要触碰叶片表面,以免显像剂脱落,为后续扫描带来困难。
1. 2 拼接面的标识
为了实现多视角扫描数据的拼合运算,需将不同视角下的点云转换到同一坐标系下,标记点就是用来协助坐标转换的。因此,需在叶片表面均匀地粘贴标记点。标记点粘贴之前,需找准叶片的翻转基准面。叶片底座属于较规则六面体结构,在翻转过程中,可借其进行点云拼接,本例中选择底座为辅助基准。
喷涂显像剂的叶片,标记点不易粘牢,采用先粘贴标记点,再喷显像剂的方法; 完成显像剂喷涂后,对于附着显像剂的标记点用湿棉签擦干净即可。在底座处粘贴标记点时,应在棱线特征点处多贴,且排列尽量错开,避免在一条直线上,不能呈等边或等腰分布。
1. 3 点云扫描方法与技巧
扫描时,首先平置叶片,完成正面点云获取; 将叶片底座尽可能多地放置在扫描视角中,在保证与之前所识别标记点至少有四个重合的前提下,进行一次扫描操作,识别底座棱线的标记点; 垫起叶片底座至一定高度,完成底座表面点云获取; 通过底座表面识别另一侧棱线的标记点;最后将另一侧棱线和叶片反面标记点拼合,获取点云数据。
鉴于叶片底座是多视角扫描的翻转基准面,翻转过程中,需找准基准面在左右相机下的位置,实现底座表面尽可能多的标记点识别,为拼接奠定基础。选择恰当的位置,合适的方向,通过不停变换视角实现点云的获取。扫描过程中,某一视角下摄像机采集到的图像如图1所示。
2 点云数据处理
2. 1 Stereo - 3D 软件中的点云数据处理
为了从测量数据中提取零件原形的几何特征,以达到零件原形CAD模型的重建,需对三维点云进行整合、拼接,得到完整的三维数据,最后将文件以* . asc格式输出。Stereo - 3D可以快速的获取叶片表面的点云数据,但无法得到零件的面和体,缺乏真实感。本例采用Stereo - 3D软件处理三维扫描系统扫描得到数据,再利用Geomagic -studio软件进行除杂点、封装、面片处理等[2,3,4],重构零件的三维曲面。发动机叶片的点云如图2所示。
2. 2 Geomagic Studio 软件中的三维曲面模型处理
经过数据预处理后获得的点云数据如图3( a) 所示,不能完美地表现叶片的三维实体效果。为满足可视化的需要,更好地逼近实物的表面,使其具有良好的几何准确性,需对几何模型进行修复、拟合,完成由点云数据向三角面片形式的转换,结果如图3( b) 所示。在Geomagic Studio软件中利用网格划分和矩形域参数曲面重构的方式将三角面片转换为三维曲面模型,如图3( c) 所示。采用双三次多项式进行三维散乱数据点云的拟合。给定一组数据点 (xi,yi,zi),i = 0,1,2,. . . ,m,设双三次曲面方程为[5]:
即:
对式( 1) 和数据点求差的平方进行求和运算得:
据式( 3) 求得f* ( x,y) = c0* + c1* x + . . . + c15*x3y3的系数,得到曲面拟合函数。其中,a,b代表公式( 1)函数系数,c0~ c15代表公式( 2) 函数系数,c0* ~ c15* 代表函数f* ( x,y) 的系数。
经所得叶片曲面和点云进行误差比较,测量数据和发动机叶片的实际数据偏差为±0. 037 mm,偏差分析如图3( d) 所示。处理完成的点云形成了曲面几何特征,可在Geomagic Studio软件中保存为 * . STL格式,将其导入CAD三维软件中进行修改、误差拟合、参数化设计等[6],也可导入快速成型系统中进行发动机叶片的再生产,实现逆向工程的全过程。
3 结论
薄壁螺纹零件的滚压加工工艺 篇5
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
数铣加工薄壁零件工艺设计 篇6
关键词：数铣 薄壁零件 刀具路径；
中图分类号：TG547文献标识码：A文章编号：1674-098X（2013）05（a）-0036-02
随着数控加工行业技术水平的飞速提高，各行业对零件的需求也不断的发生着改变，目前对于高精度的薄壁零件的需求越来越广泛。薄壁零件具有结构紧凑、重量轻、节省原材料等特点，但由于其特殊的构造也给加工过程带来了一系列的问题，（1）薄壁零件由于壁薄（有的小于5 mm）造成零件刚性差，但在铣削过程中又需要夹具加紧，所以容易造成零件受力变形，导致零件形状和尺寸受到影响不能达到要求；（2）切削过程会产生大量的热，由于壁薄热量全部集中在薄壁上，导致零件受热变形；（3）薄壁零件的稳固性差，在切削力的作用下，容易产生振动，导致零件变形，影响尺寸以及零件表面粗糙度。因此想要加工出高品质的薄壁零件就要解决加工过程中的变形问题，其次要选择合适的刀具和走到路径保证零件表面的粗糙程度。在以上问题解决的基础上再考虑如何提高生产效率。下面通过实例结合笔者在加工薄壁零件上的一些经验，讲解如何根据薄壁零件的特点制定一套合理的数控加工工艺。零件结构图如图1。
1 零件结构
有图可知零件基本结构：零件最外面是一个尺寸为120×80×27长方体，零件的4边中心处加工出一个凹形缺口，按中心线对称，中间有一个直径为￠46 mm的圆形台阶，其高度为4 mm，圆形台阶上面是一个高为6 mm，壁厚0.88 mm的正五边形的薄壁设计，此处为本次加工的重点，倒圆角后与圆形台阶相切，五边形的中间部分设计一个R4圆弧，四个角的是倒角为2×45，孔为4-￠12的设计，表面粗糙度要求较高（Ra3.2）。
2 加工思路
由于本零件表面要求较高，加工思路选择：粗加工-半精加工-精加工-钻孔。具体工艺如下。
2.1 粗加工
选取尺寸为122×82×30的毛坯，用面铣的方式上下各铣去1.5 mm，这样就能够保证设计要求的27 mm，然后铣去其他四面多余的2 mm，进行整体开粗，曲面刀具路径有挖槽式铣削、等高外形铣削和平行铣削3种可选，根据本零件的设计要求，这里我们选择挖槽式铣削，因为挖槽式能够将零件的大部分设计的轮廓加工出来，而且走刀和抬刀次数少，这样缩短了刀具路径，能够有效地提高效率。应用挖槽式铣削进行粗加工时，原则为边界外下刀，因此边界的选择尤为重要，最需要注意的就是薄壁部分，因为薄壁的设计为0.88 mm，精加工时铣刀直径较大，容易造成变形，因此粗加工时余量需多留一些，这里选择留0.6 mm这样总体壁厚在粗加工完成后保持在1.5 mm左右。
2.2 半精加工
半精加工的主要目的为去除粗加工所剩余的残留料，避免残留料过多而影响精加工，这里我们选择等高外形铣削的方式，刀具选择￠8 mm 平底刀进行半精加工，保证精加工时的余量为0.3 mm。加工时刀具对平面xy进行轮廓切削，完成一个平面后刀具沿z轴平移，进行下一个平面切削直至完成。
2.3 精加工
根据零件设计，其最小曲面半径为R4.0 mm，因此这里选用R3.0 mm球刀，切削间距定为0.1 mm，主轴转速设定为2700～2800，切削时刀具切处的速度选择相对较小，这样的设计能够保证零件的表面质量。
2.4 清角加工
由于精加工选用的R3.0 mm球刀，因此在零件￠25的圆和R4的圆角的连接处会有残余料，需要清角，这里选择￠8的平底刀进行清角。
2.5 孔加工
对于设计中￠12H7的通孔，采用先在中心打中心孔，然后用￠6 mm的钻头钻孔，最后￠用12 mm的钻头扩孔。钻孔刀路选用深孔啄钻，这种方式排屑效果好，而且能够改变刀具回退高度。
3 加工中的难点
（1）零件中心位置的0.88 mm薄壁设计，此处由于壁薄，造成很大的加工难度，加工时由于切削力的挤压容易产生变形导致影响整个零件的精度，在此我们的处理方案为此处先不处理，等其他位置处理完成后再重点处理此位置，首先在设计图上将壁厚更改为1 mm，加上粗加工时多留的0.6 mm，需要加工的壁厚总厚度为1.6 mm，分四次进行加工，每次的加工量为0.4 mm，这样打好处在于每次加工量较小，因此产生的挤压力也较小，不会导致薄壁部分因受力过大而产生变形，再就是加工量小，加工时产生的切屑相对较少，因切屑而造成的一系列问题同时得到解决。
（2）零件中R4.0的圆弧，由于其位置的特殊性，在加工时很难处理，它与上平面相切，而圆弧的另一半必须要在反面加工，对刀时的偏差，和刀路切入、切出时的方式对这个地方的加工质量起到决定性的影响，我们的圆弧在内轮廓处，由于该曲线无可供延伸的线段，可采用增加圆弧段切入和圆弧段切出的方法。这样可以减小刀具在切入切出点产生的驻刀痕迹，提高表面质量。
4 零件的编程注意事项
4.1 刀具的选择
加工凸形表面时，粗加工可选择圆角立铣刀或平端立铣刀，精加工时最好选择圆角立铣刀，主要原因为圆角立铣刀的几何条件更好；加工凹形表面时，粗加工应选择圆角立铣刀或平端立铣刀，精加工时应选择球头刀，球头刀能够保证零件的表面加工质量。
4.2 切削参数的控制
切削参数的选择对加工质量、加工效率以及刀具耐用度有着直接的影响。与切削相关的参数主要有主轴转速、进给速率、刀具切人时的进给速率、步距宽度和切削深度等。主轴转速——其计算公式为：n=1000V/π×d。精加工时，应尽量避免中途换刀，以得到较高的加工质量，因此应结合刀具耐用度认真选择切削速度。零件加工选用d=12的刀具，铣削速度V=60m/min：
d=12 mm时n=1000×60/3.14×12= 1592（r/min）取整数1600
d=8mm时n=1000×60/3.14×8= 2388（r/min）取整数2400
进给速度Vf——Vf=fz×Z×n
加工精度和表面粗糙度要求较高时，应选择较低的进给量；刀具切入进给速度应小于正常切削进给速度。零件加工选用4齿，白钢刀加工，根据查表选用fz=0.20（粗铣）fz=0.15（精铣）；Vf=0.2×4×1600= 1280，取整数1200 mm/min（粗铣）
Vf=0.15×4×2400=1440，取整数 1400mm/min（精铣）
根据零件设计的要求，分析加工时的要点和难点，设计出以上加工工艺，不仅巧妙地解决了薄壁零件加工时易变形的难题，而且通过这种方法加工出的零件表面也达到了Ra3.2的要求，另外通过实际的加工验证，其生产效率也得到了较大的提升。
参考文献
[1]王卫兵.数控编程100例[M].机械工业出版社，2006.
[2]朱淑萍.机械加工工艺及装备[M].上海：机械工业出版社.
[3]于成万.数控加工工艺与编程[M].人民邮电出版社.
薄壁高精度轴颈类零件加工技术研究 篇7
关键词：轴颈,高温合金,薄壁,加工
1 概述
近几年, 随着航空技术的发展, 一些高精度零件应用越来越广泛, 精度要求越来越高, 加工难度越来越大。其中一些轴颈类零件由于工作条件苛刻, 要求更高。本文选取某一种轴颈类零件作为探讨的载体, 介绍其加工方法、加工难点及解决措施。该零件为承受高温高速旋转的关键承力件, 用于连接高压涡轮盘和轴, 传递扭矩, 承受很大的离心力和气动力, 因此对轴颈的质量提出了严格的要求。
2 零件的加工分析
2.1 零件的结构复杂 (见图1)
轴颈的结构和形状复杂, 难加工的表面多, 零件壁厚较薄, 只有3.5mm、多圆弧转接、配合表面精度高;在曲面上加工小孔, 钻头容易偏斜, 而且有的孔长径比达15:1, 导致钻头强度低, 钻削容易发生振动, 而使钻头折断。
2.2 加工材料
零件材料为GH698, 是一种新型的镍基高温合金。该材料合金化强度高, 含有铝、钼、钛、铌等强化元素, 在500-800℃范围内具有高的持久强度和良好的综合性能。这种高温合金的性能和加工特点是:
2.2.1 导热性差, 加工中传热困难, 切削温度很高, 因此切削时容易产生粘刀现象。
2.2.2 热强性好, 高温合金在较高温度下仍具有较高的物理、机械性能, 切削阻力比普通钢高3-4倍。
2.2.3 材料本身有大量的强化相, 在加工中容易产生冷作硬化, 容易磨损刀具, 降低刀具寿命。
2.3 零件的形位公差要求高
安装边轴向的孔, 尺寸公差为0.019mm, 位置度0.02mm, 其基准平面A要求着色面积不小于80%, 且孔和螺纹孔, 周围4 mm的范围内着色面积要求100%。
2.4 零件技术要求高
零件要求在热处理后保证各项技术条件和零件的尺寸精度, 因此如何控制热处理变形, 提高产品的质量, 是本文的一项重要内容。
3 轴颈的加工工艺
3.1 零件工艺方案:
根据零件特点, 制定如下工艺方案:
3.1.1 加工阶段的划分
根据零件加工特点, 划分为三个阶段:
粗加工阶段:该阶段分两步进行:第一步车超声波探伤检查表面, 第二步为去除大部分加工余量, 保证以后加工余量均匀。
半精加工阶段:修正粗加工应力引起的变形, 进一步保证精加工余量均匀, 表面粗糙度达Ra1.60μm, 为腐蚀检查作准备。
精加工阶段:保证零件最终尺寸和技术条件要求。根据零件的加工要求选用精密的机床, 同时选择合理的工艺装备和工艺参数。为防止真空时效热处理后的零件变形, 对基准面留有一定的余量, 以便在热处理后再进行加工。
3.1.2 采用工序集中的原则
工序集中后, 可以减少定位次数, 减少定位误差, 提高零件加工精度, 和各表面之间的位置精度, 也更有利于采用数控机床等高精度机床的加工。
3.1.3 定位基准的选择
在毛坯开始加工时, 选用锻件的外圆为径向基准, 端面为轴向基准, 径向夹紧。
粗加工时选用已加工外圆、端面为径向和轴向基准, 径向夹紧。
半精加工和精加工采用基准重合的原则, 并使工艺基准和设计基准相重合, 一次装夹, 轴向压紧。
3.1.4 热处理工序安排
在半精加工和精加工后安排两道热处理工序, 以消除加工中的内应力。
3.1.5 无损检测工序的安排
超声波检查, 安排在车超声波表面和粗车之前进行, 腐蚀检查安排在半精加工以后、精车以前进行, 荧光检查和着色检查安排在精加工以后进行。
3.2 简要的加工工艺路线安排如下:
工艺路线为:毛料、粗加工、超声波探伤、半精加工、腐蚀、稳定处理、精车、钻孔和铣槽、车螺纹、消除应力热处理、磨基准面和研磨基准、检验、包装入库。
4 典型的车加工工序
在轴颈的加工中, 精车内型面是一道重要的车加工工序。为降低成本, 一般采用传统车加工方法, 但由于有转接R, 需用成型车刀车削, 不但车削力大, 加工的表面质量不高, 而且与操作者的经验密切相关。而采用数控加工方法既能克服传统加工中的不足, 又可以提高效率和质量。
该加工工序简图见图2:
4.1装夹零件:
用软三爪卡盘装夹, 加工前找正内径跳动量不大于0.015mm, 端面跳动量不大于0.015mm。
4.2 制定数控工步及参数
4.2.1 选用刀具
根据要求选用二把机夹车刀完成加工, 在装夹刀具前用对刀仪找出刀具补偿尺寸, 刀片为35°菱形刀片, 刀尖圆弧半径为R0.8, 材料为K313。
4.2.2 切削用量
该零件的切削用量为机床转速n=27～39r/min, 进给量f=0.15mm/r, 切削深度ap=0.15～0.3mm, 并浇注冷却液。
4.2.3 切削路线
切削路线就是数控加工中刀具相对于工件运动的轨迹, 应尽量使加工路线最短, 程序段最少, 以减少空刀时间, 提高效率。轴颈型腔的加工轨迹见图2。
4.2.4 确定对刀点
对刀点就是数控加工时, 刀具相对工件运动的起点。对刀点应使编程简单, 对刀方便, 引起的加工误差少。该零件的对刀点X坐标为基准表面, Z坐标为零件的回转中心线。 (见图2)
4.2.5 编制数控程序
坐标系径向为X轴, 轴向为Z轴。若采用轮廓编程, 须考虑刀具的半径补偿;采用刀心编程, 应计算刀心坐标。在实际加工时可以考虑采用改变刀具位置坐标补偿值或者改变刀具半径补偿值r进行加工。
5 典型的孔加工工序
5.1 轴颈在大端螺纹处均匀分布有12个Ф9.5的斜孔。见图1。
在开始钻削时, 受零件形状的影响, 钻头有两个切削表面, 而且由于壁厚的不同, 切削部分材料的变形大小也不一样, 因而钻头受力不均匀, 再加上钻头因旋转而产生的摆动现象, 容易造成钻头偏斜和崩刃。为此先用锪刀将被加工面锪平, 然后再用扩孔钻纠正孔的中心线偏斜。
其简要工步为锪孔、钻孔、扩孔、铰孔;加工参数为机床转速n=80 r-160r/min、进给量f=0.04m。
6 控制零件变形的措施
6.1 增加稳定热处理工序。
半精加工后安排稳定处理, 消除粗加工阶段和半精加工阶段产生的内应力。精加工后再安排一次稳定处理, 这次热处理中使用夹具, 且夹具材料与零件的材料相同, 平放在真空炉内。
6.2 采用合理的装夹方式。
采用径向定位、轴向支承和压紧, 基准面为支承面。采用合理的工艺路线、加工方法和加工参数。
7 存在问题及改进建议
对于精度高, 结构复杂的零件。应尽可能采用数控加工, 甚至采用多轴加工, 这样不仅能提高零件的质量, 而且还能节约大量的工装费用, 缩短研制周期, 提高生产效率。
结语
加工完成后, 通过对轴颈的检测, 其尺寸和技术条件符合图纸要求, 说明工艺路线安排和加工方法是合理的、正确的。本文所论述的轴颈加工方法, 不但为轴颈的加工积累了丰富的经验, 使加工能力有了新的提高, 而且还锻炼了技术人员和操作人员的队伍。
参考文献
薄壁钣焊类零件变形控制工艺研究 篇8
1 零件结构特点及技术要求
零件的结构工艺特点:该零件它由钣金件3件,机加安装边2件焊接形成,它的特点是薄壁易变形,刚性差。零件实物见图1。
技术要求:根据外方标准要求零件焊接后钣金件与机加件同轴度0.4mm,各钣金件之间的平行度垂直度变化不大于0.2mm。
尺寸要求:焊接时需对零件的变形进行控制,为车加工做好准备。钣金件固溶热处理后焊接变形径向保证φ404.87±0.25,小安装边面轮廓度保证0.2mm,整体高度需控制在75.7±0.3mm。
2材料
密封空气后支撑主体材料为Inconel718镍铁基合金,该材料是沉淀硬化形高温合金,含AL、Ti较高,在低温和700°C以下具有高的屈服强度拉伸强度和持久强度,在650-760°C具有良好的塑性。无论在固溶状态或失效状态都具有良好的成型性和焊接性,由于此合金的线膨胀系数很大,焊接后易产生较大的焊接应力。该零件焊接部位厚度为1.27±0.076mm,属于高温合金薄壁焊接构件。
3 零件焊接工艺方案
3.1 工艺安排:
考虑到如果安装边预留余量,组合焊接及热处理后零件的变形,会使后续的机械加工的安装边壁厚不一致,而壁厚尺寸为关键尺寸,为减少后续机械加工的难度,采用局部无余量安装边进行焊接,焊接后热处理,再通过校正模具及校正夹具消除固溶热处理后焊接变形。
主要工艺程序:焊前清理-装配定位焊-焊接-焊缝清理-擦拭腐蚀-荧光检查-去应力热处理-校型-荧光检查-固溶失效热处理-钳工校正-机械加工
3.2 焊接夹具准备是零件焊接工艺准备的重要环节。
此零件属于薄壁钣金焊接件,焊接时极易失稳而产生焊接变形。因此焊接夹具设计采用了集氩气保护、铜块冷却、定位胀紧的多功能结构。焊接时用刚性固定法和散热法控制焊接变形,保证零件焊接后的机械加工及错位要求,使保持很好的同心度,并采取反变形法来控制焊接变形。
4 零件焊接及存在问题的解决方案
4.1 零件焊接
选用能量比较集中的焊接方法,采用了氩弧焊机器人,定位焊后用示教法进行编程,沿圆周采20个点,固定运行轨迹,将具体焊接参数导入焊接程序中。按此参数焊接零件,经检测焊缝满足技术要求。
4.2 存在问题及解决方案
前期焊接夹具设计时充分考虑了对瞬态热变形及残余变形的控制,但对伴随的残余应力估计不足,固熔失效后发生了钣金件发生了翘曲变形,前、后安装边的平面度及平面度变化较大,超出了焊后0.3mm要求,达到了0.7mm,零件的径向、轴向尺寸都发生了收缩变形,尺寸超差。
考虑薄壁钣金件刚性相对不足,连续大电流焊接散热不均导致翘曲,另外不均匀快速加热和冷却过程必然引起焊接区发生不均衡的应力应变变化,这种不均衡的应力应变是导致焊后形成残余应力和应变的主要原因。尽管在夹具设计时采取了相应措施,焊接过程当中焊缝收缩受到焊接夹具的限制不能自由收缩,但是残余应力却无法消除,如果残余变形减少,则残余应力会增大,热处理后残余应力释放必然引起尺寸的变化。
调整单件钣金件尺寸和增加热处理夹具成本较高,为了克服由焊缝收缩引起的变形及最终固溶热处理应力释放引起的尺寸超差,现场采用机械校正法保证零件的设计尺寸和技术条件,见图四。这种“里胀外收”的结构采取了限位控制径向尺寸,最终解决了单件焊接收缩量预留不够的问题。
为了保证小安装边面轮廓度0.2mm,整体高度需控制在75.7±0.3mm的要求,前期设计制造了校正夹具。在保证零件相关尺寸不变的前提下对零件的高度尺寸及小安装边局部轮廓度进行校正,有效地控制了纵向焊接、热处理变形造成的超差尺寸。
结语
焊接变形是焊接件加工中的一大难题,传统控制应力和变形方法只能减小变形或在一定程度上降低残余应力水平,所以还需采取一定的补救措施。但是固溶时效热处理后经过模具校正,钳工矫形,零件内部内应力重新产生,应力随机械加工不断释放,极易造成零件超差。增加去应力热处理希望通过随后的校正工序摸索出预收缩量、预变形量,使零件在固溶时效热处理后机械加工前既符合尺寸要求又无应力残留。
摘要：本文介绍了国外某公司燃汽轮机新一类薄壁钣金件焊接加工技术。着重介绍了焊接夹具设计制造,焊接变形和热处理变形后的校正及校正夹具、模具的设计。
关键词：焊接,变形,残余应力
参考文献
[1]邓明.冲压成型工艺及模具[M].北京:化学工业出版社,2006.
薄壁零件加工工艺研究 篇9
薄壁零件刚性差、易变形, 难以保证加工精度。薄壁零件加工的变形问题, 多少年来一直困扰着机械加工行业, 是比较难以解决的课题。减磨环 (如图1) 属于典型的薄壁零件, 壁厚为5.4mm, 精度要求高, 直径公差仅为0.05mm。本文结合减磨环的加工对薄壁零件加工产生变形的原因进行了系统的分析, 并提出了减磨环加工预防变形的工艺措施。
2 薄壁零件加工变形的原因
薄壁零件加工产生变形的原因很多, 现主要从以下几个方面分析:
2.1 装夹变形
因零件壁薄, 在装夹过程中由于夹紧力过大或受力不均引起的变形从而影响零件的尺寸精度和形状精度, 所以必须选择合理的装夹方式。
2.2 切削变形
2.2.1 切削力变形
在切削力 (特别是径向切削力) 的作用下, 很容易产生振动和变形, 所以需要选用合适的刀具及切削参数, 采用适当的辅助措施避免、减小由切削力引起的变形。
2.2.2 切削热变形
由于零件本身材质和壁薄的特点, 切削热会引起零件的热变形, 使零件尺寸难以控制, 所以控制切削过程中的发热显得至关重要。
2.3 残余应力变形
毛坯经过热成形后, 冷却过程中产生内应力, 切削后内应力重新分布引起变形, 所以需要采用热处理来消除内应力, 减小残余应力引起的变形。
通过对薄壁零件加工产生变形的原因进行分析, 我们知道在加工减磨环的过程中需要采取各种工艺措施控制减磨环加工产生变形。
3 薄壁零件加工变形的控制
为控制减磨环加工变形, 以下从零件装夹、切削、残余应力的角度控制加工变形。
3.1 控制装夹变形的方法
3.1.1 扇形软爪应用
为了使零件装夹时在圆周方向上受力均衡, 需要增大夹具与零件的接触面积。可以将三爪卡盘与零件的接触面加宽, 并且将其与零件接触的面与零件夹紧面配车, 这种夹紧装置即所谓的扇形软爪。由于扇形软爪与零件的接触面配车而成, 夹紧时可以充分接触, 使零件的受力均衡并具有很好的同心度, 而且零件的装夹也快捷方便。但扇形软爪的应用不能完全避免变形的产生。
在减磨环半精车时, 我们考虑使用扇形软爪装夹工件以减小变形。经过多次工艺试验, 我们发现减磨环的圆度值在0.05mm左右, 符合我们试验初期的设想。所以确定半精车工序选用扇形软爪装夹工件 (如图2) 。
3.1.2 轴向夹紧装置
如果加工过程中将零件径向夹紧改为轴向夹紧, 即转移夹紧力的作用点和方向, 零件所需的轴向夹紧力约为径向夹紧时夹紧力的1/6, 可见采用轴向夹紧的方式利用很小的夹紧力即可实现零件的可靠装夹, 更有利于减小夹紧力, 从而减小零件的变形。有时为了实现轴向夹紧需要设置工艺凸台来装夹零件。
减磨环精车作为最终成型工序, 如果不能很有效的控制变形 (即把变形控制在0.02mm内) , 加工将面临失败。所以在减磨环精车工序, 我们选择轴向夹紧以有效控制变形。为验证轴向夹紧的效果, 我们做了多次工艺试验。试验结果证明轴向夹紧可以有效控制变形 (外圆圆度在0.01mm左右) 。
3.2 控制切削变形的方法
3.2.1 刀具的选择
减磨环为铸铁件HT300, 硬度较高。残余应力管理技术 (RSM) , 从不同的角度讨论减小残余应力的方法, 对于刀具前角, 前角每增加1度, 切削温度及切削力会降低10%。在刀具耐用度允许的情况下, 选用较大的刀具前角和后角有利于减小切削力。刀具主偏角影响切削的径向力。
综合考虑我们选择山特维克CCMT 09 T3 04-WF 3215刀片。刀具的前角为正前角, 后角为7°, 主偏角为93°。
3.2.2 切削参数的选择
(1) 切削速度的选择
对于金属切削加工来说, 提高切削速度是提高加工效率减少振动的有效手段。但是对于薄壁零件的加工, 切削速度在一定程度上影响切削力的大小, 从而影响加工变形的大小, 因此, 需要对切削速度进行优化选择。
根据选择的刀具和减磨环的材料特性, 我们选择200m/min的切削速度。
(2) 切削深度的选择
切削深度对加工振动的影响很大, 切削深度对切削振动的影响也不一样, 在满足加工效率的同时, 选择小的切削深度会降低零件的振动, 使加工较为平稳。结合刀尖半径0.4mm, 为保证减磨环表面粗糙度和减小振动, 我们选择0.3mm的切削深度。
(3) 进给速度的选择
切削力会随着进给速度的增大而增大, 机床的动态柔度特性也可能改变, 从而使得加工的稳定性也受到同样的影响。因此, 需要对进给速度进行优化选择。综合刀具、减磨环材质、表面粗糙度和精度的要求我们选择0.2mm/r的进给速度。
3.2.3 切削液的选择
零件在加工过程中产生的切削热是导致零件变形及影响表面质量的因素之一, 所以在零件的切削加工过程中应该进行充分的冷却。合理选择切削液可以减小刀具与零件之间的摩擦, 改善切削条件, 并且带走切削区域大量的切削热, 使切削温度降低, 切削液的流动还可冲走切削区域和机床导轨上的细小切屑及脱落的磨粒。
铸铁件通常不需要切削液, 但为了降低减磨环加工的切削温度, 我们选择了半合成切削液。该切削液具有良好的防锈、润滑、清洗、冷却性能, 显著提高了加工精度。
3.3 控制残余应力变形
零件在加工过程中, 因应力释放极易变形, 工艺方法常采用粗、精加工分开进行, 并在粗加工后进行去应力处理, 即采用粗加工～去应力热处理～精加工的流程。对于变形严重的高精度零件, 还要安排半精加工, 并进行多次去应力处理。
针对减磨环, 我们在毛坯、粗车、半精车、精车之间安排了三次去应力处理 (分别为去应力退火、回火去应力、回火去应力) 。三次去应力处理尽可能地释放了毛坯、粗车、半精车工序产生的残余应力, 保证了最终精车的精度。
3.4 控制薄壁零件加工变形方法的工艺固化
随着数控机床的普及应用, 许多控制薄壁零件变形的措施得以用程序固化, 避免了因操作者的稳定性而出现质量差异的情况。因此在减磨环的加工过程中我们使用了数控车床、专用夹具, 编制了作业指导书等措施。这些措施有效地保证了工艺过程的稳定性。
4 结论
以上是针对减磨环加工采取的工艺方案, 经实践证明该方案是行之有效的。
摘要：薄壁零件因具有重量轻、节约材料、结构紧凑等特点而被广泛应用。但薄壁零件的刚性差、易变形, 难以保证加工精度。为解决薄壁零件加工难题, 本文结合减磨环的加工对薄壁零件加工产生变形的原因进行了系统的分析, 并提出了相应预防变形的工艺措施。
薄壁零件加工变形的分析 篇10
薄壁零件机械加工的变形问题, 多少年来一直困扰着机械加工行业, 是比较难以解决的课题。太重油膜轴承分公司生产的轧机油膜轴承的主要零件衬套就属于薄壁零件中的一种, 此零件壁厚与孔径的比值约为1∶30。由于衬套在轴承中所起的作用, 设计要求其内孔采用柔软、耐磨性强的材料——巴氏合金, 外圆采用16Mn或20钢, 因此该零件的刚性很差;但是此零件的尺寸精度、几何精度和表面粗糙度都要求较高, 尺寸公差<0.05 mm, 同轴度<0.02 mm, 表面粗糙度Ra<0.8 μm, 这更增加了该零件的加工难度。为了解决产品加工质量问题, 本文分析了影响零件变形的几个主要因素, 并提出了相应的对策。
1夹紧力对工件加工精度的影响
零件在车床加工时, 一般采用四爪卡盘卡紧, 零件受径向力作用。为了在加工过程中不使零件松动, 夹紧力必须大于切削力, 当切削力增大时, 夹紧力也必须增加, 如此车出的零件在卡爪松开后, 零件的几何形状已完全不同于在机床上加工时的形状, 而呈椭圆形甚至多边形。虽然粗加工产生的变形及应力可通过对零件的热处理来消除, 但因为精车时的零件装卡方式仍然与粗加工相同, 所以精车时零件的加工变形仍然要留到精加工、磨削加工。磨削加工时是以精车后变形的基准面为基准, 另外在磨削加工过程中还会产生新的变形, 这样等到镗床加工内孔时又以磨削的基准面作定位, 最终精镗出内孔。可想而知, 这样的加工方法使得零件根本无法满足图纸的几何精度和尺寸精度的要求。经过多年的试验及探索, 我们找到了解决这个问题的办法, 即改变零件原始的装卡方式。从热处理后的精车开始, 就设法在以后每道工序的装卡时使零件尽可能地不承受径向力。为此为每道工序设计了专用的胎具, 将以前靠径向力卡紧工件的方式, 改为径向力卡紧胎具, 同时垂直轴向拉紧工件, 工件夹紧示意图见图1。这样工件在加工过程中就不再承受径向力, 从而解决了由装卡引起的工件变形问题。
2切削力对工件加工精度的影响
在切削加工时, 使零件产生变形的力主要是径向切削力, 零件在加工中所受径向切削力的大小与所用的刀具及车削用量等有直接关系。应尽可能选择主偏角大的刀具, 但主偏角为90o的刀最好不要选用, 因为主偏角为90o的车刀在切削过程中虽然径向切削分力几乎为零, 但这种刀极易产生扎刀现象, 刀具的主偏角最好为45o～75o。切削用量按以下原则选择:粗加工时切削用量可以选得大些, 尽可能快地把多余的量加工掉, 尽量使工序间的切削余量最少, 因为粗加工产生的切削应力可以通过对零件的热处理进行彻底的消除;零件在精加工时就要选择小的切削深度和小的进给量。另外, 应使用几何参数正确的刀具, 这样可以减小切削力对零件的影响。如果切削功率不变, 增大切削速度也能减小切削力, 但切削速度提高后, 摩擦热大量积聚在切削底层, 使切削温度提高, 故切削速度不能提得太高。
3切削热对工件加工精度的影响
根据工件切削过程中切削热的产生与传散的关系, 切削过程中产生的总热量Q为:
其中:Q变为切削过程中变形消耗的功转变的热量;Q前磨、Q后磨分别为车刀前面、车刀后面摩擦消耗的功转变的热量;Q屑、Q工、Q刀、Q介分别为从切屑、工件、刀具、周围介质 (如空气等) 传散的热量。式 (1) 所列是产生切削热的总和, 在实际中从各方面传散的热量是不等的, 它们在总热量中所占大致比例见表1。
从表1所示的情况看出:在车削时不加冷却剂的条件下, 从切屑传散的热量最多, 其次是工件、刀具及介质。切削温度的高低决定于切削时产生热量的多少和散热条件的好坏;切削温度对刀具的磨损及工件的热变形影响很大, 并直接影响到工件的加工精度。在切削加工时, 可根据切屑的颜色大致判别出切削温度的高低, 见表2。
根据切屑的颜色来调整切削用量, 控制切削温度, 减少工件的热变形。具体切削温度对零件变形的影响有多大, 可从下面实例看出。一工件外径为Φ1 060, 切削温度为180℃左右, 则由温度引起工件径向变形量Δd (mm) 由下式计算:
其中:k为修正系数, 取k=1.2;d为工件直径, mm;Q为切削温度, ℃;α为膨胀系数, α=10-6 ℃-1。
将已知数据代入式 (2) , 得Δd≈0.27 mm。
从计算结果可以看出切削热导致工件热变形的严重性, 它直接影响工件的加工精度。所以, 加工时要选择合理的切削用量和合理的切削刀具, 提供好的散热条件, 尽量减少切削热的产生。
4小结
本文分析了影响薄壁零件加工质量的3个主要因素及解决这些问题的办法。如按上述加工工艺方法对零件进行加工, 尽管是薄壁零件, 它的尺寸精度、几何精度还是能够达到图纸要求的。
参考文献
[1]刘立.数控车床编程与操作[M].北京:北京理工大学出版社, 2006.