论文部分内容阅读
【摘 要】通过分析薄壁零件的特点及薄壁零件加工有可能出现的工艺问题，找到改进措施，给出解决问题的具体方法。
【关键词】薄壁零件；加工分析；精度
薄壁零件已日益广泛地应用在各工业部门，因为它具有重量轻，节约材料，结构紧凑等特点。但薄壁零件的加工是车削中比较棘手的问题，原因是薄壁零件刚性差，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。对于批量大的生产，可利用数控车床高加工精度及高生产效率的特点进行加工，在车工教学中如何解决这个问题呢，可以通过对薄壁零件加工过程的各种变形原因进行材质和技术分析，制定合适的加工方法解决问题。
1.薄壁零件的特点及变形原因
对板状工件而言，薄形工件是指宽厚比值B/H≥10的工件。类似于薄形板状工件，薄形盘状工件是指其外形直径与工件厚度比值比较大的工件；薄形环状工件是指工件圆柱外径与其厚度比值比较大的工件；薄形套类工件是指工件外圆直径与套壁厚度比值比较大的工件，薄壁箱体类工件是指箱体的外形尺寸与其壁厚的比值比较大工件。薄零壁件具有质量轻、节约材料、结构紧凑等特点，导致变形的直接原因有外力夹持、温度过高、振动引起等，具体如下：
1.1受力变形 因工件壁薄，在夹紧力的作用下容易产生变形，从而影响工件的尺寸精度和形状精度。
1.2受热变形 因工件较薄，切削热会引起工件热变形，使工件尺寸难于控制。
1.3振动变形 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，影响工件的尺寸精度、形状、位置精度和表面粗糙度。
2.提高薄壁零件加工精度的方法
2.1合理选择装夹方式，减少受力变形
零件装夹可分成定位和夹紧。定位使零件处于稳定状态，对平面来说应采3点定位。在定位点一般要承受一定的夹紧力，并应具有一定的强度和刚性。从定位稳定性与定位精度看，接触面是越小越好；而从夹紧力功能来看，接触面需要越大越好，可以用最小的单位面积压力来获得最大的摩擦力。工件装夹方法薄壁类零件在加工过程中假如采用普通装夹方法，会由于产生很大的变形而无法保证加工精度。如图1所示。
故薄壁类零件的装夹，一般采取以下措施：
（1）增大工件的支承面和夹压面积，或增加夹压点使之受力均匀，并减小夹压应力和接触应力，必要时可增设辅助支承，以增强工件的刚性。但这种方法在应用中有 局限性而且会造成材料的浪费。
（2）增加夹压点或夹压面积通过增加夹压点或夹压面积减小零件的变形或使变形均匀化。如：采用专用卡爪或开口过渡环装夹；采用液性塑料自定心夹头或弹簧夹头装夹；采用传力衬垫装夹等。
（3）变径向夹紧为轴向夹紧使夹紧力作用在刚度较大的轴向，避免了径向发生大的变形。
2.2合理选择切削用量
切削用量的选择为减少工件振动和变形，应使工件所受切削力和切削热较小。背吃刀量，进给量，切削速度是切削用量的三个要素。大量试验证明：背吃刀量和进给量同时增大，切削力也增大，变形也大，对车削薄壁零件极为不利。在加工精度要求较高的薄壁零件时，一般采取对称加工，使相对的两面产生的应力均衡，達到一个稳定状态，加工后工件平整。当某一工序的背吃刀量大时，应力将会失去平衡，工件就会产生变形。
对加工精度要求较高的薄壁类零件，应把粗加工、半精加工、精加工分开进行。粗、半精、精加工分开，可避免因粗加工引起的各种变形，包括粗加工时，夹紧力引起的弹性变形、切削热引起的热变形以及粗加工后内应力重新分布引起的变形。 内应力是引起零件变形的主要因素，为了防止零件的变形，除应严格地进行材料的热处理，使工件具有较好的组织外，在粗加工、精加工之间，最好增加一道去应力工序，以最大限度的消除工件内部的应力。
粗加工时，背吃刀量和进给量可以取大些；精加工时，背吃刀量一般在0.2～0.5mm，进给量一般在0.1～0.2mm/r，甚至更小，切削速度6～120m/min，精车时用尽量高的切削速度，但不易过高。
2.3合理选用切削液
合理选用切削液，能减少切削过程中的摩擦，改善散热条件，从而减小了切削力、切削功率、切削温度，减轻刀具磨损，提高已加工表面质量。粗加工切削量大，产生大量切削热，刀具易磨损，尤其是高速钢，应选用冷却为主的切削液，如乳化液或水溶液。而硬质合金刀具可以不用切削液，如要用则必须连续、充分地浇注，以免产生裂纹。精加工切削液主要是润滑，以提高工件表面精度和表面粗糙度，以采用极压切削油或离子型切削液。同时运用高速加工，高速加工技术是近年发展起来的高效、优质、低耗的制造技术。在高速切削加工中，由于毛坯材料的余量还来不及充分变形就在瞬间被切离工件，工件表面的残余应力非常小，切削过程中产生的绝大多数热量被切削迅速带走，从而减小薄壁零件的热变形，达到表面加工质量。
2.4合理选择刀具
加工孔的车孔刀杆悬伸距较大，刚性差，容易产生振动，并在径向分力的作用下，容易发生让刀现象，影响加工孔的精度。因此加工薄臂零件孔时应尽可能增加刀杆的刚性。同时，为了容易排屑，应在车刀前面开有断屑槽或卷屑槽，在合适的刃倾角下控制切屑排出的方向。
3.结论
车床加工薄壁零件在机械加工中较为常见，由于其刚性差，加工时受切削力、切削热等因素的影响，变形较大，很难保证薄壁零件的加工质量要求。通过采用合适的装夹方式，采取合理的辅助支承和先进的加工方法，同时选择合理的刀具角度和切削用量，是能够保证薄壁零件的加工质量要求的。
参考文献：
[1] 陈日曜.金属切削原理（第二版）[M]北京：机械工业出版社.1995.
[2] 杨授时.中级车工技术[M]北京：机械工业出版社.1999.
【关键词】薄壁零件；加工分析；精度
薄壁零件已日益广泛地应用在各工业部门，因为它具有重量轻，节约材料，结构紧凑等特点。但薄壁零件的加工是车削中比较棘手的问题，原因是薄壁零件刚性差，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。对于批量大的生产，可利用数控车床高加工精度及高生产效率的特点进行加工，在车工教学中如何解决这个问题呢，可以通过对薄壁零件加工过程的各种变形原因进行材质和技术分析，制定合适的加工方法解决问题。
1.薄壁零件的特点及变形原因
对板状工件而言，薄形工件是指宽厚比值B/H≥10的工件。类似于薄形板状工件，薄形盘状工件是指其外形直径与工件厚度比值比较大的工件；薄形环状工件是指工件圆柱外径与其厚度比值比较大的工件；薄形套类工件是指工件外圆直径与套壁厚度比值比较大的工件，薄壁箱体类工件是指箱体的外形尺寸与其壁厚的比值比较大工件。薄零壁件具有质量轻、节约材料、结构紧凑等特点，导致变形的直接原因有外力夹持、温度过高、振动引起等，具体如下：
1.1受力变形 因工件壁薄，在夹紧力的作用下容易产生变形，从而影响工件的尺寸精度和形状精度。
1.2受热变形 因工件较薄，切削热会引起工件热变形，使工件尺寸难于控制。
1.3振动变形 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，影响工件的尺寸精度、形状、位置精度和表面粗糙度。
2.提高薄壁零件加工精度的方法
2.1合理选择装夹方式，减少受力变形
零件装夹可分成定位和夹紧。定位使零件处于稳定状态，对平面来说应采3点定位。在定位点一般要承受一定的夹紧力，并应具有一定的强度和刚性。从定位稳定性与定位精度看，接触面是越小越好；而从夹紧力功能来看，接触面需要越大越好，可以用最小的单位面积压力来获得最大的摩擦力。工件装夹方法薄壁类零件在加工过程中假如采用普通装夹方法，会由于产生很大的变形而无法保证加工精度。如图1所示。
故薄壁类零件的装夹，一般采取以下措施：
（1）增大工件的支承面和夹压面积，或增加夹压点使之受力均匀，并减小夹压应力和接触应力，必要时可增设辅助支承，以增强工件的刚性。但这种方法在应用中有 局限性而且会造成材料的浪费。
（2）增加夹压点或夹压面积通过增加夹压点或夹压面积减小零件的变形或使变形均匀化。如：采用专用卡爪或开口过渡环装夹；采用液性塑料自定心夹头或弹簧夹头装夹；采用传力衬垫装夹等。
（3）变径向夹紧为轴向夹紧使夹紧力作用在刚度较大的轴向，避免了径向发生大的变形。
2.2合理选择切削用量
切削用量的选择为减少工件振动和变形，应使工件所受切削力和切削热较小。背吃刀量，进给量，切削速度是切削用量的三个要素。大量试验证明：背吃刀量和进给量同时增大，切削力也增大，变形也大，对车削薄壁零件极为不利。在加工精度要求较高的薄壁零件时，一般采取对称加工，使相对的两面产生的应力均衡，達到一个稳定状态，加工后工件平整。当某一工序的背吃刀量大时，应力将会失去平衡，工件就会产生变形。
对加工精度要求较高的薄壁类零件，应把粗加工、半精加工、精加工分开进行。粗、半精、精加工分开，可避免因粗加工引起的各种变形，包括粗加工时，夹紧力引起的弹性变形、切削热引起的热变形以及粗加工后内应力重新分布引起的变形。 内应力是引起零件变形的主要因素，为了防止零件的变形，除应严格地进行材料的热处理，使工件具有较好的组织外，在粗加工、精加工之间，最好增加一道去应力工序，以最大限度的消除工件内部的应力。
粗加工时，背吃刀量和进给量可以取大些；精加工时，背吃刀量一般在0.2～0.5mm，进给量一般在0.1～0.2mm/r，甚至更小，切削速度6～120m/min，精车时用尽量高的切削速度，但不易过高。
2.3合理选用切削液
合理选用切削液，能减少切削过程中的摩擦，改善散热条件，从而减小了切削力、切削功率、切削温度，减轻刀具磨损，提高已加工表面质量。粗加工切削量大，产生大量切削热，刀具易磨损，尤其是高速钢，应选用冷却为主的切削液，如乳化液或水溶液。而硬质合金刀具可以不用切削液，如要用则必须连续、充分地浇注，以免产生裂纹。精加工切削液主要是润滑，以提高工件表面精度和表面粗糙度，以采用极压切削油或离子型切削液。同时运用高速加工，高速加工技术是近年发展起来的高效、优质、低耗的制造技术。在高速切削加工中，由于毛坯材料的余量还来不及充分变形就在瞬间被切离工件，工件表面的残余应力非常小，切削过程中产生的绝大多数热量被切削迅速带走，从而减小薄壁零件的热变形，达到表面加工质量。
2.4合理选择刀具
加工孔的车孔刀杆悬伸距较大，刚性差，容易产生振动，并在径向分力的作用下，容易发生让刀现象，影响加工孔的精度。因此加工薄臂零件孔时应尽可能增加刀杆的刚性。同时，为了容易排屑，应在车刀前面开有断屑槽或卷屑槽，在合适的刃倾角下控制切屑排出的方向。
3.结论
车床加工薄壁零件在机械加工中较为常见，由于其刚性差，加工时受切削力、切削热等因素的影响，变形较大，很难保证薄壁零件的加工质量要求。通过采用合适的装夹方式，采取合理的辅助支承和先进的加工方法，同时选择合理的刀具角度和切削用量，是能够保证薄壁零件的加工质量要求的。
参考文献：
[1] 陈日曜.金属切削原理（第二版）[M]北京：机械工业出版社.1995.
[2] 杨授时.中级车工技术[M]北京：机械工业出版社.1999.