薄壁零件机加工艺分析与控制

薄壁零件机加工艺分析与控制

田晓宇,王玲

中国航发沈阳黎明航空发动机有限责任公司   110043

摘 要：薄壁零件具有质量轻、材料节省大的特点，既有利于实现轻量化，又有助于降低生产成本，受到极大关注。但在加工过程中容易出现薄壁零件的变形，影响制件的质量和尺寸形状精度。薄壁零件加工的关键在于机械加工工艺的精确控制及工艺有效性的实现，如何基于薄壁零件的材料和制件质量要求，提高制件加工精度，是薄壁零件机械加工的瓶颈问题。

关键词：薄壁零件、机械加工、尺寸形状精度、工艺控制

引言

薄壁零件指尺寸轻薄的盘状及一些不规则的零部件，薄壁零件质量轻、结构简单、生产成本低，逐渐受到各个工程应用领域的重点关注。但是薄壁零件的强度、刚度相对较低，使得薄壁零件在机械加工过程中特别容易出现变形、折叠、堆积等成形缺陷，严重影响薄壁零件的加工精度和成品质量。薄壁零件的零件夹持、车削加工等机械加工工艺环节中，如果任何一个环节出问题，都会造成薄壁零件的尺寸形状精度严重受损。故此，对薄壁零件的机械加工工艺进行分析，探究薄壁零件加工精度的有效控制，具有重要的工程意义。

一、薄壁零件机械加工工艺分析

薄壁零件机械加工过程的控制被提出更高的要求。众所周知，机械加工方面零件的加工精度包括零件的尺寸、形状、强度、刚度、韧性等诸多性能在机械加工工况条件下都有具体的要求。然而理想状况性能指标与实际加工零件参数指标存在一定误差，但这种误差必须控制在一定范围内，否则就会影响制件的实际工程应用，也就是制件的机械加工精度要求。零件的位置、模具的精度、夹持力的控制、切削力的大小等都会影响制件的加工精度。尽管近年来高科技加工技术引人与应用，使得很多制件的机械加工精度降低不少，并能极大满足应用需求，但是对于一些特殊的零部件而言，特别是薄壁零件，其机被加工过程中仍会存在各种变形和误差问题，导致薄壁零件的机械加工精度的控制仍是机械加工领域的瓶颈问题。薄壁零件的机械加工糖度主要包括尺寸精度和形状精度两个方面。

首先是尺寸精度问题，由于薄壁零件本身的材料和零件特征，其加工尺寸会受到诸多因素的影响导致零件的尺寸出现误差。具体来说，薄壁零件的尺寸精度影响因素有：（1）机床的刚性和精度问题，当加工薄壁零件的机床刚度出现问题，使得基准平台发生变形，机床的加工精度出现问题，必然会影响薄壁零件的尺寸精度；（2）刀具的质量和更换，刀具的质量决定着零部件的加工质量以及机械加工的工艺有效性，刀具会出现变形和磨损，如果不及时检修更换，会严重影响零件质量；（3）夹持工具的安装和使用问题，如果不能保证零件夹持的力平衡，就会使得薄壁零件出现形变，影响薄壁零件的尺寸精度；（4）切削过程中冷却液的成分和使用问题，切削液的成分会对薄壁零件的表面质量产生影响，冷却液的使用时间和冲刷速度也会对薄壁零件的加工过程产生影响，进而影响薄壁零件的尺寸误差。

其次是形状精度问题，薄壁零件刚度强度弱，极易出现变形，使得薄壁零件的机械加工质量受到严重影响。具体来说，影响薄壁零件的形状精度因素有：（1）刀具质量问题引起的薄壁零件的形变，刀具在对薄壁零件的切削过程中会产生切削力，切削力一方面会影响薄壁零件的形状尺寸，另一方面反作用于刀具，如果刀具的选材较差刚强度较低，会造成机械加工过程中刀具的变形和磨损，进而使得零件加工过程中发生形变误差，影响薄壁零件的形状精度；（2）如果零件坯料夹持时加工位置不精准等不合理操作，导致加工过程中产生有害弯矩，会对零件产生多余的作用力，造成薄壁零件的变形；（3）焊接过程中也会引起薄壁零件的形状发生改变。焊接后的零件焊缝附近会残余大量的焊接应力，如果没有及时处理，就会在机械加工过程中释放，进而影响薄壁零件的加工和形状尺寸的控制；（4）薄壁零件机械加工工艺本身是一个极其复杂的过程，机械加工完成后，薄壁零件也可能发生翘曲和变形，影响制件的最终使用。特别的薄壁零件的检测过程也会对零件形状产生一定影响，使薄壁零件发生变形。

二、薄壁零件机械加工工艺控制

薄壁零件的机械加工工艺是一个十分复杂的过程，因此，从机械加工前的准备到机械加工工艺细节都需要进行严格的选择调控，才能保证薄壁零件的高精度和高质量。

（一）薄壁零件加工前准备

薄壁零件的材料性能会对机械加工的质量产生影响，因此在机械加工前，需要对材料的属性、特征以及毛坯尺寸形状进行详细的梳理和控制。特别是针对薄壁零件在加工过程中应力应变的变化，了解材料的强度和刚度及形变范围，从而精细化加工工艺，保证薄壁零件机械加工安全稳定地进行。选择合适的切削加工工艺，最大化地利用原材料制备质量优异的薄壁零件。选择合适的刀具材料，调控加工过程中的切削应力和热应力，控制制件的加工精度。原材料的夹持也是薄壁零件加工过程中的重要内容，确定精准的夹持位置和夹持力，保证薄壁零件在加工过程中不会出现挤压、堆叠等变形，保证薄壁零件的加工质量。

（二）机械加工工艺细节调控

根据薄壁零件的尺寸形状要求，确定零件的加工基准，随时关注机械加工过程中零件的尺寸形状变化，观察薄壁零件的热变形，及时调整零件加工过程中切削力和冷却液的供给情况，保证制件的表面光洁度和尺寸形状精度。观察机械加工过程中飞边和毛刺的分布，由于薄壁零件的刚强度较低，细微杂质也会对制件的加工质量产生较大影响，因此应及时对制件表面进行清理，保证薄壁零件的加工质量。随时观察零件的装夹，如果出现松动，应及时调整和维护，以保证薄壁零件机械加工的稳定性和安全性。

（三）切削加工工艺控制

刀具选择和安装会严重影响薄壁零件切削加工过程。在薄壁零件的加工过程中，应根据材料的形变特征和刀具的形状，确定刀具安装的前角大小，前角的大小会改变切削应力，影响薄壁零件的切削加工效率。切削用量的选择也会影响切削应力，应及时根据薄壁零件的变形情况适时调整进给量，改善薄壁零件的切削工艺过程。切削过程中，薄壁零件的润滑也十分重要，合理润滑液的选择和工艺控制，可以保证薄壁零件较高的表面质量，提高薄壁零件的切削加工性能。关注薄壁零件切削过程中的汽化现象和热应力分布，最大程度地提升薄壁零件的切削精度和加工质量。

（四）薄壁零件夹持方式的选择

薄壁零件的固定是决定制件加工质量的重要细节。在机械加工之前，根据制件的形状尺寸要求，确定薄壁零件的基准加工面，并依据薄壁零件的形状确定坯料合理的固定夹持方式，特别是对于波两面和鼓型面的两种薄壁零件要采取区别的支持方式，保证薄壁零件的稳定加工。一般情况下，会在薄壁零件底部增加调整螺杆，以控制夹具的夹持力。夹持力过大会导致薄壁零件的挤压变形，夹持力过小会使得零件加工过程中的松动，合理的夹持力可以保持薄壁零件稳定安全的机械加工，从而保证薄壁零件的高加工精度和高加工质量。

结束语

薄壁零件因其特殊的使用性能和较低的材料成本，受到各工程领域研究人员的广泛关注。但是薄壁零件的机械加工过程因零件的弱强度、弱刚度等问题的影响变得十分的复杂。通过对薄壁零件机械加工特征的分析和机械加工过程的精确调控，可以保证薄壁零件的安全稳定加工生产，从而获得高加工精度、高加工质量的机械加工薄壁零件。