浅谈薄壁件的机械加工.pdf

科 1 技 f 论 f 坛 浅谈薄壁件的机械加工 科 — — 黑 龙 江 — — 技信总 杨 青 松 (哈尔滨泰富电气有限公司， 黑龙江 哈尔滨 1 5 0 0 0 0 ) 摘要： 薄壁件是机械加工中比较棘手的问题， 原因是薄壁件本身的刚性较差， 在h ~ ．y - 中极易变形， 特别是在零件尺寸及形状精度要求较高的 情况下， 装夹力的大小、 刀具和切削量的选择不适当， 容易引起工件的振颤， 影响零件的h ~ ．Y - 精度 ， 因此采用何种手段才能最大限度的提高薄壁件的 加工精度是一个亟待解决的 问题 关键词 ： 薄壁件 ； 机械加工 ； 技 术 引青 薄壁零件已日益广泛的应用在各工业部门， 因为其具有重量轻 、 节约材料和结构紧凑等特点 但薄壁零件的机械加丁比较棘手， 一直困扰着整 个机械行业因为这类零件的外形直径 D与壁厚 8 之 比通常为 D r 6 = 5 0 ～ 2 0 0 , 而壁厚约为 0 ．2 5 — 2 mm 因此其刚性差 、 强度弱 ， 在加工中极容易变形 ， 使 零件的形位误差增大； 不易保证零件的加工质量 薄壁非管件包括盘类、 套类及不规则的薄壁 件。

以下简称薄壁件， 此类零件是机械加工中比较 棘手的问题 ， 原因是薄壁件本身的刚性较差 ， 在加 1 ： 中极易变形，特别是在零件尺寸及形状精度要 求较高的情况下 ， 装夹力的大小 、 刀具和切削量的 选择不适 当， 容易引起T件的振颤 ， 影响零件的加 工精度，因此采用何种手段才能最大限度的提高 薄壁件的加 工精度是—个亟待解决的问题 1影响薄壁件件机械加下精度的因素 机械加 精度是指零件在机械加工后的几 何参数 寸 、 几何形状和表面之间的相互位置) 实 际值与理论值相符合的程度 在机械加工中 零件的加1 二 精度根本取决于 工件和刀具在加工过程中相互位置关系．在加 T过 程中， 丁艺系统会产生各种误差，进而影响零件的 加T精度． 主要影响因素有 以下几方面：a 机床的刚 性和几何精度扣 ． 刀具的自 身品质和几何精度 ．夹 具体的结构特点 、 内应力及装夹方式Id ． 刀具的受 力和受热变形．e ． 零件受力和受热变形；f =切削液的 合理选用 2保证薄壁件机械加丁精度的措施 2 ． 1 提高薄壁件的刚度在机械加工过程中， 提高零件与T装的刚度是极其重要的． 提高二者的 接触刚度， 如使T件与T装间 有效接触面积增大， 可减少加工过程中T件的变形 ；也可以提高薄壁 件的工艺刚度， 如在零件间预加载荷， 消除配合间 隙和局部造成的预变形。

另外采用较高弹l生模量 的材料、 提高接触表面的硬度， 均可以有效的提高 T件的丁艺刚度 2 ．2 设i 结构合理的加丁夹具及装夹方式 如 图 1 所示为套类薄壁零件，但它的结构相对较为 简单它的内外圆直径差很小， 强度当然就弱， 如 果在卡盘上夹紧时用力过大，就会使薄壁零件产 生变形， 造成零件的圆度误差如果在卡盘上夹得 不紧， 在切削时有可能使零件松动而报废因此， 图 1简单套类薄壁零件 1 2 3 4 ] ] 一一 = = z 卜夹具体 ： 2 - 薄壁体 3紧固螺栓 ： 4 - 紧固夹板 图 2一般套类零件 的夹具体体及装 夹方式 我们采取粗加— [ 时夹紧些 ，精加工时夹松些来控 制零件的变形另外， 可以利用合理的夹具体来增 大零件的装夹接触面积如可采用开缝套筒或扇 形软卡爪 ， 通过试验证 明： 零件 的变形很小 ， 方法 可行 同时我们还可以转移夹紧力的作用点图 1 结构的薄壁件完全可以用图 2结构的夹具体和装 夹方式来实现自 fi T _ 此方法的理论依据是将径向 夹紧改为轴向 夹紧后轴向夹紧力的正应力为径向 夹紧力的 1 ／ 6 , 或者说轴 向夹紧的方法更有利于承 载夹紧力闵此零 件的变形很小， 易于加T。

2 3减少切削热对加工精度造成的负面影响 及控制 ． ． 在机械加丁过程中， 刀具和T件接触摩擦 会产生大量的切削热，切削热使刀具和工件的温 度急剧上升， 从而造成它们的热变形 ， 严重影响工 件的加工品质 切削热可以用以下几部分来表示： Q = Q = Q月 + Q 『 + Q』 + Q 式中： O为切削过程中产生的总热量； Q _ 为切削过程中变形消耗的功所转变的 热量： Q 一为因摩擦消耗的功所转变的热量； Q月 、 Q 、 Q 和 Q —分别为切屑、 工件 、 刀 具和周围介质所传散的热量，其中Q 所占的比 例最大， 约占5 0 - ． 8 0 ％ 2 -4合理选择刀具的几何角度 、 切削用量和切 削液在切削加丁时， 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 小与所用的刀具及切削用量等有直接关系 刀具前角的大小， 决定着切削变形与刀具前 角的锋利程度前角大， 切削变形和摩擦力减小， 切削力减小； 但前角太大 ， 会使刀具 的楔角减小 ， 刀具强度减弱， 刀具散热情况差， 磨损船决所以， 一般车削钢件材料的薄壁零件时， 用高速钢刀具， 前角取6 ~ 3 0 ~ ， 用硬质合金刀具， 前角取 5 - 2 0 。

； 刀 具的后角大， 摩擦力小， 切削力也相应减小， 但后 角过大也会使刀具强度减弱 在车削薄壁零件时， 用高速钢车刀， 刀具后角取 6 ～ 1 2 o ， 用硬质合金刀 具 ， 后角取 4 ~ 1 2 ， 精车时取较大的后角 ， 粗车时取 较小的后角 切削力的大小还 与切削用量密切相关从 《 金属切削原理》 中可以知道：背吃刀量a p 、 进给量f 和切削速度v 是切削用量的三要素 试验发现-且 背 吃刀量和进给量同时增大， 切削力也增大，零件的 变形也相应增大对薄壁零件的加工极为不利 b ． 减少背吃刀量， 增大进给量， 切削力虽然有所下降， 但T件表面残余面积增大， 表面粗糙度值大闺 此 会使强度不好的薄壁零件的内应力增加也 同样会 导致零件的变形所以- 在粗加工时， 背吃刀量和进 给量可以取大一些；精加工时、背吃刀量一般在 O 2 ～ 0 ．5 ra m进给量一般在 0 ． 1 加-2 m 瞎￡ 至更小，切削 速度一般在 6 ~ 1 2 0 m ／ ra i n , 精车时用尽量采用高的 切削速度，但不易过高合理选用三要素就能减少 切削力从 而减少变形量， 以保证零件的加工精度。

切削液在切削过程中主要有 以下几 作用a 润滑作用： 在切削过程中， 切削液可以减小刀具与 已 加工表面间的摩擦， 形成部分润滑膜， 从而减小 切削力、 摩擦和功率消耗， 降低刀具与工件坯料摩 擦部位的表面温度和刀具磨损 ，改善工件材料的 切削加工性能b ． 冷却作用： 切削液通过它与因切 削而发热 刀具 、切屑和工件间的对流和汽化作 用把切削热从刀具和工件处带走 ，从而有效地降 低切削温度， 减少工件和刀具的热变形， 保持刀具 硬度， 提高加_T精度和刀具耐用度 切削液的冷却 性能和其导热系数、 比热、 汽化热以及粘度溅 流动 性洧关 水的导热系数和比 热均高于油， 因此水的 冷却性能要优于油c ．清洗作用： 在金属切削过程 中， 要求切削液有良好的清洗作用除去生成切 屑 、 磨屑以及铁粉、 油污和砂粒 ， 防止机床和工件 、 刀具的沾污， 使刀具或砂轮的切削刃口 保持锋利， 不致影响切削效果对于油基切削油， 粘度越低， 清洗能力越强， 尤其是含有煤油、 柴油等轻组份的 切削油， 渗透l生 和清洗陆能就越好 含有表面活陛 剂的水基切削液 ， 清洗效果较好， 因为它能在表面 上形成吸附膜， 阻止粒子和油泥等粘附在工件 、 刀 具及砂轮上，同时它能渗入到粒子和油泥粘附的 界面上 ， 把它从界面上分离 ， 随切削液带走 ， 保持 工件及刀具 良好的清洁效果。

基于以上的作用， 具体应用时要具体分析， 例如用高速钢刀具粗加工时 ， 以水溶液冷却 ， 主要 降低切削温度； 精加T时， 中、 低速精加T时， 选用 润滑性能好的极压切削油或高浓度的极乐乳化 液，主要改善已加工表面的质量和提高刀具使用 寿命硬质合金刀具， 粗加工时， 可以不用切削液， 必要时也可以采用低浓度 的乳化液或水溶液 ， 但 必须连续地 、 充分地浇注； 精加工时采用 的切削液 与粗加丁时基本相同， 但应适当提高其润滑性能 在车削过程中充分使用切削液不仅减小了切削 力， 刀具的耐用度得到提高， 工件表面粗糙度值也 降低了同时工件不受切削热的影响而使它的加 T尺寸和几何精度发生变化，保证了零件的加T 质量切削液还应具备 良好的稳定性， 在 存和使 用中不产生沉淀或分层、 析油 、 析皂和老化等现象， 以免影响零件的品质 一l 01 — 。