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浅析影响薄壁零件加工精度的因素及其工艺措施
Dec 12, 2012  来源:  作者:沈阳机床股份有限公司白丽艳

      1 薄壁零件概述

 

      在工业部门,薄壁零件具有重量较轻,结构紧凑,节约材料的特点,其应用范围非常广泛。然而由于薄壁零件的刚性较差、强度不高,在车削加工中存在很大的难度,很容易出现加工变形的情况,使加工质量受到影响。影响薄壁零件质量的因素有很多种,例如薄壁零件的装夹方式、刀具的选用以及切削用量等。因此,认真分析影响薄壁质量的因素,并找出相关解决措施,可以为提高薄壁零件的精度奠定良好的基础。

 

      通常可以采用板料冲压、滚压焊接成型等方法加工这类零件,而针对一些要求较高的零件要采用车削加工方法,例如一些截面比较复杂且尺寸精度和表面光洁度要求较高的薄壁零件。因此,车削工艺也被广泛应用于薄壁零件的车削加工中,成为了一种较为普遍的工艺。常见的采用车削加工工艺的薄壁零件可分为以下几类:套类薄壁件、环类薄壁件、盘类薄壁件、板类薄壁件、特种型类薄壁件等。下面分别进行介绍:

 

      1)套类薄壁件。这类零件具有以下特点:第一,内外圆的直径差较小,径向尺寸小于轴向尺寸;第二,套类薄壁件对孔的圆度、柱度、各圆度表面的同轴度、空轴线的直度等都有严格的要求,而要达到这些要求难度较大。

 

      2)环类薄壁件。这类零件有如下特点:第一,内外圆的直径差较小,轴向尺寸小于径向尺寸,端面面积小;第二,环类薄壁件对孔的加工要求与套类薄壁件大致相同。

 

      3)盘类薄壁件。这类零件的特点是:第一,多数呈薄壳状,内外圆的直径差也相对偏小,轴向尺寸小于径向尺寸,而端面面积较大。第二,盘类薄壁件对端面的平面度以及端面对空轴线的垂直度的要求较高。

 

      4)板类薄壁件。板类零件的轮廓尺寸比其厚度要大很多,端面面积很大。

 

      2 影响薄壁零件加工精度的因素

 

      影响薄壁零件加工精度的因素有很多种,其中主要影响因素有以下几点:受力变形、受热变形、振动变形、切屑流向不对以及操作方法不正确等。以下针对这几种因素进行详细分析。

 

      1)受力变形。通常薄壁类零件的工件壁偏薄,在外力(如夹紧力)作用下会发生变形,势必会对工件的尺寸精度和形状精度造成一定的影响。当采用三爪卡盘装夹零件时,由于夹紧力的作用零件会发生变形(变成三角形),导致内孔加工余量出现不均匀;当内孔加工完成后,松开卡盘,零件由于弹性恢复,恢复为圆柱形,而已加工的圆形内孔会变成弧形或三角形。

 

      2)受热变形。切削热会对工件产生一定的影响,使这种较薄的工件产生热变形,造成工件尺寸精度下降,特别是对于线膨胀系数较大的金属薄壁零件,如果在一次装夹后连续进行粗车、半精车、精车的加工,势必会产生切削热,使零件发生热变形,在很大程度上降低了工件的尺寸精度,甚至会导致工件因变形严重而卡死在夹具上。

 

      3)振动变形。在切削力(特别是径向切削力)的作用下,工件出现振动和变形的状况,从而对工件的尺寸精度、形状、位置精度和表面粗糙度造成影响。

 

      4)切屑流向不对。切屑流向出现错误会导致切屑挤塞在刀具与工件之间,引起工件变形。

 

      5)操作方法不正确。精车前未释放变形,或精车时切削量太大,从而导致工件出现变形。

 

      3 薄壁零件的工艺措施

 

  

  

      2)提高零件的刚度。由于薄壁零件自身刚度较差,在车削加工工艺中存在较大的难度,可以说提高薄壁零件刚度成为工件加工精度提高的重要因素。通常在零件设计完成后,零件的刚度是不会变的,在不采取任何特殊工艺的正常情况下,提高工件本身的结构刚度非常困难。此外,影响薄壁零件刚度的因素有许多种,如工件加工时的定位、夹紧形式、工装、夹紧力的大小等。因此,薄壁零件在工艺系统中的位置是否合适、夹紧方式是否恰当,以及切削方法和切削用量是否适当都会关系到薄壁零件的刚度。另外,提高工件刚度的另一种方式是采用增加壁厚的办法,即通过常用胶粘、浇灌方法来增强零件刚性和紧固零件。

 

      3)适当的装夹。零件装夹可将工件稳定地固定住,一般平面定位应采用3 点,定位点必需具备一定的强度才能很好的承受夹紧力。从不同的角度看对定位的要求也有所不同,从定位稳定性和定位精度方面考虑,接触面越小越好;但是从夹紧力功能来看,则要求接触面偏大一些,从而用较小的单位面积压力获得最大的摩擦力。在精密加工中,夹紧机构和夹紧力的大小要根据切削力的大小来确定。要对零件的定位和夹紧机构认真做出分析,同时应考虑到刀具对零件的施力情况,预计引起工件变形的力的大小和作用方向,例如径向上不受力是薄壁环形工件最好的加工状态。

 

      4)合适的切削力。在切削过程中刀具产生的切削力是由几个分力合成的一个空间合力,其对零件的影响很大,很有可能造成零件在切削加工中出现振动或变形的状况。被加工材料的硬度、刀具几何形状、切削用量和冷却润滑液等都会对切削力的大小造成影响。同时,切削力的大小还受到刀具几何角度的影响,通常刀具前角的大小会影响切削变形及刀具前角的锋利程度。一般随着切削变形和摩擦力的减小,切削力减小,但是前角太大,会使刀具的楔角减小,造成刀具的强度及散热情况减弱,导致其磨损加快。

 

      5)适当的切削液。采用高速钢刀具精加工时,可以通过水溶液降低切削过程中产生的切削热。此外,在进行精加工时,还可以选用润滑性能好的极压切削油或高浓度的极压乳化液,其作用是进一步改善已加工表面的状况,提高切削质量,同时对提高刀具使用寿命也有一定的帮助。而在进行粗加工时,基本上不用使用切削液,可以将低浓度的乳化液或水溶液连续地浇注于切削的零件上,起到降低切削热的作用,有效地提高加工质量。

 

      4 结语

 

      在实际加工过程中,采取以上措施可以很好地提高薄壁类零件的加工精度,有效地缩短装夹校正的时间,为操作者节省了时间并且大大地减轻了操作者的劳动强度,对提高生产效率有一定的帮助。

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