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摘要：盘类薄壁零件具有重量轻、结构紧凑等优点，被广泛应用在航天固体发动机当中，众所周知，航天固体发动机的各种元件主要的合金、钛合金等硬度比较高材料，此种材料普遍具有难加工的特点，盘类薄壁零件具有刚度差的特点，加工过程中极易变形，从而对安装尺寸和精度产生一定的影响。在这样的基础上，开展对盘类薄壁零件变形控制方法的要研究就显得要尤为重要。
关键词：盘类薄壁零件；加工变形；控制方法
引言：近年来，国际上航空领域的竞争越来越激烈，我国航空技术的比较晚，但发展非常迅速，发展至今要已经迈入了航天大国的领域，对航天固体发动机的安全性、可靠性、轻量化等提出了更高要求。所以在航天固体发动机中应薄壁类零件已经成为一種新的发展趋势，此类零件具有结构复杂、精度高、刚性低、对加工工艺要求高的特点。在制造和加工过程中，稍有不慎就会产生严重变形，在一定程度上限制了我国航天固体发动机事业的发展，因此，本文就结合理论实践，对盘类薄壁零件变形控制方法进行深分析，希望对相关单位有一帮助。
一、影响薄壁件加工变形的因素及控制方法
（一）变形的因素
大量薄壁件加工案例表明，导致薄壁件变形加工变形的影响因素很多，即包括内在因素也包括外在因素，其中内在因素指的是：零件的刚度、硬度等自身特性，外在因素包括：加工的方式、走到的路径、装夹力等。相关人士曾对100个薄壁件加工变形量进行统计，发现以后47个加工变形的原因是残余应力，23个是因为施加的切削力过大造成，20个因为装夹力造成的，10个是因为其他因素造成的【1】。通过不完全统计，加工路径的不同会对薄壁件中原有残余预应力的释放顺序产生一定影响，导致零件受力不均匀，从而发生一定程度的变形。随着航天事业的快速发展。薄壁零件加工厂的工艺不断完善，在控制变形方面也取得了很大成功，但是在零件刚度行之有效的解决，导致薄壁零件在具体加工过程中，产生的残余应力并没有有效解决。
（二）盘类薄壁零件加工变形的控制方法
通过上述分析，导致薄壁零件变形的的因素非常多，因此在具体加工过程中，必须从精化毛坯、优化道具、改变夹装方式等多个方面进行入手，才能从根本上消除残余应力等因素对盘类薄壁零件变形系数的影响。
二、控制加工变形的工艺分析
（一）案例分析
某盘类薄壁零件为航天器发动机重要元件之一，通过前后安装边、筒体、底座统统焊接而言，壁厚1mm，轴向尺寸500mm（±1mm）直径为1000mm（±1.5mm），为高温钛合金材料，极难加工，为确保其加工的质量，减少变形量的产生，首先对加工过程中可能存在的问题进行深入分析，并从选择专用夹具、填充料加固、优化刀路、高速加工进行入手，制定了一套系统有效的控制加工变形工艺。
（二）加工过程中存在的问题
第一，壳体为焊接结构，采用从前到后的焊接方式，焊接完成后产生了很大的内应力，导致该薄壁零件的变形系数也比较大，导致安装精度比较差，难以满足航天器发动机的具体需求；第二，安装底座随着端面的平面度为0.02mm，受到后续安装和铣、钻、镗工序影响，导致薄壁零件的径向跳动非常大，无论是部位尺寸还是技术条件都没有达到预期设定的要求，严重影响了航天器的生产进度和装配质量。
（三）控制加工变形的工艺
1.选择专用夹具
专用夹具是目前车削薄壁零件中主要的工艺，其工作原理图如图1所示：
把薄壁零件放在护轴上，当走刀在削外圆零件时，整理零件就会受到径向切削力的作用，护轴支撑着薄壁零件，缓减变形量的产生。在批量薄壁零件生产加工过程中，应用此类加工方法，既能有效防止变形量的产生，而且能提高加工效率，但是专用夹具加工方法需要提前进行设定，成本也比较高【2】。
2.填充料加固
填充料加固变形控制方法就是在薄壁零件加工前，在零件内部填充一些熔点比较低的合金材料，当零件外壁受到切削力时，内部填充的合金材料就着支撑的作用，从而达到变形的作用。就我国目前的变形控制方法而言，经常用胶粘和浇灌的方法来加强零件的刚性。目前在填充料方面做的最好的是俄罗斯，在前几年，俄罗斯科学家用研制出了一种名为尿素树脂聚合物的材料，以此来做为加强薄壁零件刚材料，其主要成分96%的尿素树脂和4%的硫酸钾，其固化速度非常快，而且刚度比较好、粘结性强、成本低、既可以薄壁零件的局部使用，也可以在整体上使用。薄壁零件加工完成以后，放入水中，尿素树脂聚合物就可以马上和零件脱离。所以在加工不能通过任何水剂液，通过填充料加固的方法能有效的控制薄壁零件变形，但是加工工艺比较复杂，而且加工的效率非常低【3】。
3.优化刀路
大量实例表明，通过对薄壁零铣削加工力学模型及因切削力引起加工变形进行的研究，很大程度上降低了薄壁的高度，从而控制变形的目的。相关专家学者通过对铣削加工的动态和静态现象分析，提出了有效控制薄壁零件表变形的加工方法，也就是通过在薄壁零件对称交替加工能很大程度上释放在加工过程中产生的预应力，在不改变切削效率的同时有效减少切削力【4】。
4.高速加工
薄壁零件在加工过程中发生变形的主要原因是加工中产生的切削力超过了薄壁应用的承受范围，所以通过降低切削力是有效获得控制变形的效果。而高速加工则是降低切削力最直接有效的方法，相比于传统薄壁零件加工方法，高速加工有以下几点优势：第一，加工效率高，通过不完全统计，高速加工方法比传统方法进给坯料的速度高出8～12倍，很大程度上缩短了加工时间，从而达到提升生产效率的目的；第二，加工的精度比较高，薄壁零件加工的速度越快，机床的振动率也随之增加，加工过程也就越平稳，零件加工质量甚至可以达到磨削的水平；第三，变形小，当切削速度达到一定程度以后，其切削力大约看降低到原来的50%以上，特别径向切削力大约减小了70%，能够有效达到航天器发动机零件装配精度的需求；第四，高速加工的薄壁零件无飞边、毛刺的缺陷；第五，能够很好的完成高硬度薄壁零件的加工，通过研究表明，高速加工可以很好的完成50～60HRC淬硬钢的加工需求，不仅效率高出电加工5～8倍，而且可获得很高的表面质量【5】。
三、结束语
综上所述，随着我国社会经济的发展，航天事业快速发展，对盘类薄壁零件加工生产提出了新的要求，但是盘类薄壁零件具有刚性差，加工易变形的特点，大大增加了的难度，但是在其应用范围比较广泛，因此，本文结合理论实践，从选择专用夹具、填充料加固、优化刀路、高速加工五个方面对盘类薄壁零件变形控制的方法进行深入分析，希望我国薄壁零件加工事业的发展有一定帮助。
参考文献
[1]王兴超，刘一. 薄壁零件加工变形控制方法研究[J]. 中国新技术新产品，2015，16：74.
[2]于金，高彦梁，朱秀峰. 辅助支撑对航空接头薄壁件加工变形的控制[J]. 组合机床与自动化加工技术，2015，10：138-140.
[3]张克. 大型薄壁筒体类零件焊接变形控制工艺研究[J]. 新技术新工艺，2015，12：8-10.
[4]曹彧，秦磊. 薄壁盘与薄壁筒类零件的车削工艺对比分析与应用[J]. 航空精密制造技术，2015，06：39-42.
[5]王翀，隋翯，张翔宇，陈华伟，吴瑞彪，张德远. 薄壁盘类零件超声振动车削实验研究[J]. 电加工与模具，2016，03：33-35.
作者简介：樊强博（1976-）男，本科学历，太原理工大学机电一体化专业，高级工程师。
关键词：盘类薄壁零件；加工变形；控制方法
引言：近年来，国际上航空领域的竞争越来越激烈，我国航空技术的比较晚，但发展非常迅速，发展至今要已经迈入了航天大国的领域，对航天固体发动机的安全性、可靠性、轻量化等提出了更高要求。所以在航天固体发动机中应薄壁类零件已经成为一種新的发展趋势，此类零件具有结构复杂、精度高、刚性低、对加工工艺要求高的特点。在制造和加工过程中，稍有不慎就会产生严重变形，在一定程度上限制了我国航天固体发动机事业的发展，因此，本文就结合理论实践，对盘类薄壁零件变形控制方法进行深分析，希望对相关单位有一帮助。
一、影响薄壁件加工变形的因素及控制方法
（一）变形的因素
大量薄壁件加工案例表明，导致薄壁件变形加工变形的影响因素很多，即包括内在因素也包括外在因素，其中内在因素指的是：零件的刚度、硬度等自身特性，外在因素包括：加工的方式、走到的路径、装夹力等。相关人士曾对100个薄壁件加工变形量进行统计，发现以后47个加工变形的原因是残余应力，23个是因为施加的切削力过大造成，20个因为装夹力造成的，10个是因为其他因素造成的【1】。通过不完全统计，加工路径的不同会对薄壁件中原有残余预应力的释放顺序产生一定影响，导致零件受力不均匀，从而发生一定程度的变形。随着航天事业的快速发展。薄壁零件加工厂的工艺不断完善，在控制变形方面也取得了很大成功，但是在零件刚度行之有效的解决，导致薄壁零件在具体加工过程中，产生的残余应力并没有有效解决。
（二）盘类薄壁零件加工变形的控制方法
通过上述分析，导致薄壁零件变形的的因素非常多，因此在具体加工过程中，必须从精化毛坯、优化道具、改变夹装方式等多个方面进行入手，才能从根本上消除残余应力等因素对盘类薄壁零件变形系数的影响。
二、控制加工变形的工艺分析
（一）案例分析
某盘类薄壁零件为航天器发动机重要元件之一，通过前后安装边、筒体、底座统统焊接而言，壁厚1mm，轴向尺寸500mm（±1mm）直径为1000mm（±1.5mm），为高温钛合金材料，极难加工，为确保其加工的质量，减少变形量的产生，首先对加工过程中可能存在的问题进行深入分析，并从选择专用夹具、填充料加固、优化刀路、高速加工进行入手，制定了一套系统有效的控制加工变形工艺。
（二）加工过程中存在的问题
第一，壳体为焊接结构，采用从前到后的焊接方式，焊接完成后产生了很大的内应力，导致该薄壁零件的变形系数也比较大，导致安装精度比较差，难以满足航天器发动机的具体需求；第二，安装底座随着端面的平面度为0.02mm，受到后续安装和铣、钻、镗工序影响，导致薄壁零件的径向跳动非常大，无论是部位尺寸还是技术条件都没有达到预期设定的要求，严重影响了航天器的生产进度和装配质量。
（三）控制加工变形的工艺
1.选择专用夹具
专用夹具是目前车削薄壁零件中主要的工艺，其工作原理图如图1所示：
把薄壁零件放在护轴上，当走刀在削外圆零件时，整理零件就会受到径向切削力的作用，护轴支撑着薄壁零件，缓减变形量的产生。在批量薄壁零件生产加工过程中，应用此类加工方法，既能有效防止变形量的产生，而且能提高加工效率，但是专用夹具加工方法需要提前进行设定，成本也比较高【2】。
2.填充料加固
填充料加固变形控制方法就是在薄壁零件加工前，在零件内部填充一些熔点比较低的合金材料，当零件外壁受到切削力时，内部填充的合金材料就着支撑的作用，从而达到变形的作用。就我国目前的变形控制方法而言，经常用胶粘和浇灌的方法来加强零件的刚性。目前在填充料方面做的最好的是俄罗斯，在前几年，俄罗斯科学家用研制出了一种名为尿素树脂聚合物的材料，以此来做为加强薄壁零件刚材料，其主要成分96%的尿素树脂和4%的硫酸钾，其固化速度非常快，而且刚度比较好、粘结性强、成本低、既可以薄壁零件的局部使用，也可以在整体上使用。薄壁零件加工完成以后，放入水中，尿素树脂聚合物就可以马上和零件脱离。所以在加工不能通过任何水剂液，通过填充料加固的方法能有效的控制薄壁零件变形，但是加工工艺比较复杂，而且加工的效率非常低【3】。
3.优化刀路
大量实例表明，通过对薄壁零铣削加工力学模型及因切削力引起加工变形进行的研究，很大程度上降低了薄壁的高度，从而控制变形的目的。相关专家学者通过对铣削加工的动态和静态现象分析，提出了有效控制薄壁零件表变形的加工方法，也就是通过在薄壁零件对称交替加工能很大程度上释放在加工过程中产生的预应力，在不改变切削效率的同时有效减少切削力【4】。
4.高速加工
薄壁零件在加工过程中发生变形的主要原因是加工中产生的切削力超过了薄壁应用的承受范围，所以通过降低切削力是有效获得控制变形的效果。而高速加工则是降低切削力最直接有效的方法，相比于传统薄壁零件加工方法，高速加工有以下几点优势：第一，加工效率高，通过不完全统计，高速加工方法比传统方法进给坯料的速度高出8～12倍，很大程度上缩短了加工时间，从而达到提升生产效率的目的；第二，加工的精度比较高，薄壁零件加工的速度越快，机床的振动率也随之增加，加工过程也就越平稳，零件加工质量甚至可以达到磨削的水平；第三，变形小，当切削速度达到一定程度以后，其切削力大约看降低到原来的50%以上，特别径向切削力大约减小了70%，能够有效达到航天器发动机零件装配精度的需求；第四，高速加工的薄壁零件无飞边、毛刺的缺陷；第五，能够很好的完成高硬度薄壁零件的加工，通过研究表明，高速加工可以很好的完成50～60HRC淬硬钢的加工需求，不仅效率高出电加工5～8倍，而且可获得很高的表面质量【5】。
三、结束语
综上所述，随着我国社会经济的发展，航天事业快速发展，对盘类薄壁零件加工生产提出了新的要求，但是盘类薄壁零件具有刚性差，加工易变形的特点，大大增加了的难度，但是在其应用范围比较广泛，因此，本文结合理论实践，从选择专用夹具、填充料加固、优化刀路、高速加工五个方面对盘类薄壁零件变形控制的方法进行深入分析，希望我国薄壁零件加工事业的发展有一定帮助。
参考文献
[1]王兴超，刘一. 薄壁零件加工变形控制方法研究[J]. 中国新技术新产品，2015，16：74.
[2]于金，高彦梁，朱秀峰. 辅助支撑对航空接头薄壁件加工变形的控制[J]. 组合机床与自动化加工技术，2015，10：138-140.
[3]张克. 大型薄壁筒体类零件焊接变形控制工艺研究[J]. 新技术新工艺，2015，12：8-10.
[4]曹彧，秦磊. 薄壁盘与薄壁筒类零件的车削工艺对比分析与应用[J]. 航空精密制造技术，2015，06：39-42.
[5]王翀，隋翯，张翔宇，陈华伟，吴瑞彪，张德远. 薄壁盘类零件超声振动车削实验研究[J]. 电加工与模具，2016，03：33-35.
作者简介：樊强博（1976-）男，本科学历，太原理工大学机电一体化专业，高级工程师。