薄壁类零件的车削工艺分析

1、薄壁类零件的车削工艺分析段立波一引言薄壁类零件指的是零件壁厚与它的径向、轴向尺寸相比 较, 相差悬殊, 一般为几十倍甚至上百倍的金属材料的零件，具有节省材料、结构简单等特点。薄壁类零件已广泛地 应用于各类石油机械部件。但是薄壁类零件的车削加工是比 较棘手的，具体的原因是因 为薄壁类零件自身刚性差、强度弱，在车削加工中极容易 变形，很难保证零件的加工质量。如何提高薄壁类零件的加工精度是机械加工行业关心的话题。二薄壁类零件车削过程中常出 现的问题、原因及解决 办法我们在车削加工过程中，经常会碰到一些薄壁零件的加工。如轴套薄壁件（图 1），环类薄壁件（图 2），盘类薄壁件（图 3）。本文详细分析了薄

2、壁 类零件的加工特点、防止 变形的装夹方法、车刀材料、切削参数的选择及车刀几何角度。进行了大量的 实验 ,为以后更好地加工薄壁类零件 ,保证加工质量,提供了理 论依据。图 1 轴套薄壁件图 2 环类薄壁件图 3 盘类薄壁件1.薄壁类零件的加工特点1.1 因零件壁薄，在使用通用 夹具装夹时，在夹压力的作用下极易产生变形，而夹紧力不够零件又容易松 动，从而影响零件的尺寸精度和形状精度。如图 4 所示，当采用三爪卡 盘夹紧零件时，在夹紧力的作用下，零件会微微 变成三角形，车削后得到的是一个 圆柱体。但松开卡爪，取下零件后，由于零件 弹性，又恢复成弧形三角形。这时若用千分尺测量时，各个方向直径相同，但

3、零件已变形不是圆柱体了，这种变形现象我们称之为等直径变形。图 4 三爪卡盘装夹1.2 因零件较薄，加工时的切削发热会引起零件 变形，从而使零件尺寸难以控制。对于膨胀系数较大的金属薄壁零件，如在一次安装中连续完成半精 车和精车，由切削热引起零件的 热变形，会对其尺寸精度产生极大影响，有时甚至会使零件卡死在芯 轴类的夹具上。1.3 薄壁类零件加工内孔中，一般采用 单刃镗刀加工，此时，当零件较长时，如果刀具参数及切削用量 处理不当，将造成排屑困 难，影响加工质量，损伤刀具。1.4 由于切削力和 夹紧力的影响，零件会产生变形或振动，尺寸精度和表面粗糙度不易控制。如刀具角度不正确或磨损后，导致切削力增大

4、，工件表面会 产生颤纹影响表面 质量。1.5 薄壁类零件刚性差，不能采用较大的切削用量，生产效率低。因此选择合适的装 夹方法，加工工艺，合理的切削用量，刀具材料及角度，减小零件振 动，充分冷却和检测都是保证加工薄壁 类零件的关键因素。2.薄壁类零件的装 夹方法2.1 通用软爪定位装 夹：选择合理的夹紧力作用点，使夹紧力作用在零件刚性较好的部位，适用于形状和尺寸公差要求不严的零件加工。优点：装卸方便长度可定位，可以承受 较大切削力。缺点：零件定位点较集中，零件加紧后变形较严重。2.2 扇形软爪装夹：采用扇形软爪的三爪卡 盘（图 5），按与加工零件的装夹面动配合的要求，加工出卡爪的工作面，增大与零

5、件的接触面积。图 5扇形软爪优点：增大夹紧力的作用面 积，使零件支持面增大，夹紧力均匀分布在工作面上，可加大切削用量，不易 产生变形。缺点：扇形软爪不易加工。2.3 刚性芯轴装夹图 6刚性芯轴采用锥体芯轴装夹，将零件直接套在锥体芯轴加工。采用圆柱芯轴装夹，将零件装在芯轴上采用轴线压紧 。减小零件径向 变形。优点：装卸零件方便，能保证较高的同心度，技术要求。缺点：零件内孔被芯轴划伤。2.4 磁力吸盘装夹：通过磁力将零件吸附在吸 盘上，零件只承受轴向力，而径向不受力。优点：可一次加工完零件内外 圆。缺点：零件找正比较麻烦，应用范围小，不适合加工有色金属 类零件。2.5 采用轴向夹紧夹具：车薄壁零件

6、 时，不使用径向夹紧，而选用轴向夹紧方法。零件靠轴向定位套的端面 实现轴向夹紧，由于夹紧力沿零件轴向分布，而零件轴向刚度大，不会产生夹紧变形。图 7 轴向夹紧夹具优点：零件变形小，加工质量好。缺点：工艺系统复杂，夹具适用范 围小。2.6 增加工艺肋：有些薄壁零件可以在其装 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，以减少零件的 变形，加工完毕后，再去掉工艺肋。图 8工艺肋优点：增加了零件刚性，减小装夹变形。缺点：不适合大批量加工。2.7 采用可涨式芯轴装夹：如图 9 所示，装夹时，工件以弹性心轴的外圆作为定位基准，通过拧紧或松开夹紧螺钉实现弹 性心轴的轴向移动。由于刚性

7、心轴与弹性心轴间的配合为锥面配合，因此，弹性心轴沿轴向移动的同时将会产生径向的 胀开或收缩，从而实现对工件的径向夹紧或松开图 9优点：非常适合内孔尺寸一致性 较差的成批零件加工，制造成本低。缺点：不适合加工精度要求 较高的零件。3.薄壁类零件车削加工工 艺的选择3.1 先粗后精：薄壁零件的车削一般应把粗车和精车加工分开 进行, 粗车后进行热处理。有些零件形状复 杂、精度要求高 , 需在粗车和精车之间增加半精 车工序 , 使粗加工 产生的变形逐渐得到修正 , 几何形状和尺寸精度逐步得到提高。当使用同一基准、一次装卡完成工件半精车与精车加工时, 可在精车前松开工件 , 并把它稍微 转动一下 , 使

8、它恢复到自由状 态, 再把工件 夹紧进行精车, 同样能达到修正 变形的目的。同时使用夹具时应减少工件 夹紧与车削时的变形, 以此保证薄壁件质量。3.2 先内后外：因为孔较外圆难加工，易产生变形。先加工内孔，然后加工外 圆，可采用芯轴装夹，以内孔定位轴向夹紧，防止零件加工中产生影响加工精度。3.3 一次完成在一次装 夹中完成所需要的加工的所以尺寸，主要应用于毛坯料是棒料或 带有工艺台的薄壁 类零件加工。薄壁零件的加工 实例:图 10 薄壁套筒薄壁套筒 ( 如图 10 所示 ) , 小批量生 产, 材料为 2A12( 硬铝) , 外圆 44 0 - 0.02 mm, 与孔径 40+ 0. 020m

9、m 的同轴度要求为 0. 02 mm,两端面平行度 为 0. 02mm。如果此零件一次加工完成 , 变形很大 , 所以分步骤如下 :棒料装夹于三爪定心卡 盘中夹紧 , 车一端面用38 mm 钻头钻孔, 粗车内孔成 39 mm, 粗车外圆成45. 5 0 - 0. 03 mm, 切断长 60. 5 mm, 外径批差 为 0. 05mm( 定位用 ) 。粗车完成后 , 转热处理时效工序 , 之后装夹于软三定心卡 盘中, 车一端面总长 60. 15 mm; 然后做一工装, 镗一内孔长 50 mm, 内孔的端面 车平,内孔与零件的外圆配合。注意不能拧紧 , 否则零件内孔加工完卸下来之后内 , 孔会变形

10、, 这主要是因 为零件外圆不圆造成的工装 (如图 11 所示 ) 的外圆挑一外螺 纹M502 mm, 长 50 mm,内孔车成45. 6 mm, 长 50 mm,再做一压帽, 内螺纹为 M50 2 mm, 长 50 mm。压帽外径为 60 mm,滚花, 总长 53 mm, 压帽的内径 为44.5 mm。图 11工装图4.薄壁类零件车床加工时的切削用量 选择我们都知道在切削用量中对切削力影响最大的是背吃刀量（ Ap ），对切削热影响最大的是切削速度(Vc)和刀具锋利状况。因此车削薄壁套零件应减小背吃刀量和适当降低切削速度，同时应适当增大 进给量。在精加工 时，应采用大的切削速度，小的 进给量(F

11、),当机床精度降低时，要适当的降低切削速度。薄壁类零件切削用量参数（精车）零件材刀片材切削用量料料V(r/minF(mm/rAp(mm)渗碳钢YT15200-0.05-0.1-0.153000.1调质钢YT15300-0.05-0.1-0.154000.1不锈钢YD15,200-0.02-0.05-0.1YG83000.05薄壁类零件加工 车刀几何角度的 选择车刀几何角度中 对切削力影响最大的是主偏角（ Kr）、前角(0)和刃倾角(s)。增大前角使车刀锋利，排屑顺利，减小切屑与前刀面之 间的摩擦，减小切削力和切削 热。5.1 外圆精车刀 Kr=90 93，Kr =15，0=1416，01=15

12、，适当增大。5.2 内孔精车刀 Kr=60 ，Kr =30，0=35，0=1416，01=68，s=56。6减小薄壁 类零件车削时产生振动措施。6.1 调整车床主轴、拖板、床鞍、刀架和滑动部位间隙，使转动和滑动部分处于最佳状 态。6.2 使用吸振材料，用软塑料，橡胶带，橡胶片、软橡胶管，棉纱等材料填充或包裹零件。当工件旋 转时，在离心力的作用下橡胶片将紧贴孔壁，能阻碍减振并防止振 动传播车削时减小振动和消除噪音的作用。6.3 填充低熔点的物 质（如石蜡）就低熔点的物质，填入薄壁类零件与芯轴内孔只觉得缝隙，两端用堵头封上，不但减小振动，还可以减小变形。6.4 楔形芯轴填充法，应用铝制楔形芯 轴，使楔形芯轴与零件内孔紧密配合达到减振的目的。7.充分冷却在加工薄壁 类零件时，应使薄壁类零件得到冷却，根据零件材料的不同选用合理的切削液来降低切削温度，减小零件受热而产生变形，以提高加工精度。三结语本文阐沭了薄壁零件的加工特点，加工 难点分析，从装夹方法、车刀材料、切削参数的选择，车刀几何角度，减少和防止加工 变形的方法，以及车削薄壁件参数的 选择，以实例分析了 车削工艺的设计。论文的写作 对于我来说