关于高强度合金钢薄壁壳体加工工艺技术研究

关于高强度合金钢薄壁壳体加工工艺技术研究

蒋龙生,吕超,魏鹏利 

西北工业集团有限公司   陕西省西安市  710043

摘  要：随着科技的发展，高强度合金钢的应用越来越广泛，该类材料强度高，可以加工成薄壁壳体以达到减重的目的，同时可以满足强度要求。然而，该类壳体的加工具有较大难度和复杂性，如何提高加工技术水平和加工质量是当下需要研究的重点和热点。因此文章就对高强度合金钢薄壁壳体加工中的相关工艺技术进行了分析研究，以供参考。

关键词：高强度合金钢；薄壁壳体；加工技术

引言

高强度合金钢薄壁壳体相较于传统的厚壁壳体，厚度更小，重量更轻。在满足相同强度和承载能力的前提下，薄壁壳体能够大幅降低产品的重量，有助于降低整体成本，提高产品的便携性和能效。同时高强度合金钢薄壁壳体采用高强度合金钢制成，具有较高的抗拉、抗压和抗冲击强度，在振动和冲击环境下表现出更好的稳定性，能够满足各种复杂的应用需求。为了确保高强度合金钢薄壁壳体应用性能和功能的实现，必须不断提高加工技术水平和加工质量。

1高强度合金钢薄壁壳体加工中的重难点

高强度合金钢薄壁壳体加工中的重难点主要有以下几点：

第一，工艺技术复杂。高强度合金钢薄壁壳体的加工过程需要采用多种工艺技术，如铣削、钻孔、水射流加工、线切割加工、模压加工等，每种工艺技术都有其适用的范围和局限性，因此需要对各种工艺技术进行合理选择和优化组合，以确保加工质量和效率。

第二，精密度要求高，控制困难，容易产生误差。由于高强度合金钢薄壁壳体的壁厚较薄，因此加工过程中需要高度精密，包括几何形状精度、尺寸精度、位置精度等。由于高强度合金钢薄壁壳体结构复杂，壁薄且不均匀，加工过程中容易受到温度、湿度、震动等因素的影响，这些因素都会导致加工误差的产生[1]。因此需要在加工过程中采取有效的控制措施，如实时误差补偿、动态调整切削参数等，以确保壳体的尺寸精度和表面质量。此外，高强度合金钢薄壁壳体在服役过程中需要经受各种恶劣环境的考验，如高温、低温、重力、化学腐蚀等，因此加工过程中需要考虑到这些因素对壳体性能的影响。

第四，加工成本高。高强度合金钢薄壁壳体加工过程需要消耗大量的时间和精力，同时也需要使用昂贵的加工设备和高端的刀具。为了控制加工成本，需要优化加工工艺，采用先进的数控仿真技术进行数控加工过程仿真，减少不必要的损失和时间成本，同时采用高性能的材料，以减少损耗和提高效率。

2高强度合金钢薄壁壳体加工中常用技术分析

高强度合金钢薄壁壳体加工中的常用技术主要有以下几点：

第一，精加工技术。在高强度合金钢薄壁壳体加工过程中，精加工是非常重要的一个环节。需要选择合适的刀具，并根据壳体的材质和加工要求设置切削参数，如切削深度、进给速度、切削速度等。同时需要注意加工过程中的误差控制，如温度控制、变形控制等，以确保壳体的尺寸精度和表面质量。

第二，微细加工技术。在高强度合金钢薄壁壳体加工过程中，微细加工技术需要选择极其精密的加工设备，如显微镜和微小刀具等，并采用微小切削参数，如切削深度为0.1～0.2mm，进给速度为0.5～1mm/r等。同时需要注意避免加工过程中的误差积累，以确保壳体的尺寸精度和表面质量。

第三，热处理技术。高强度合金钢薄壁壳体加工中的热处理技术需要注意温度控制、时间控制和介质选择等。根据不同的材质和热处理要求，选择合适的热处理工艺，如正火、淬火、回火等，并控制热处理参数，以确保壳体的机械性能和物理性能达到要求[2]。

第四，测量技术。高强度合金钢薄壁壳体加工中的测量技术需要选择合适的测量设备，如三坐标测量机、激光扫描仪等，并采用多种测量方法和技巧，如外形测量、光学测量、放射线测量等，以确保壳体的尺寸精度和表面质量达到要求。同时需要注意误差分析、数据处理和结果评估等技术环节。

3高强度合金钢薄壁壳体加工技术实例分析

某薄壁壳体结构长度为L mm，外圆直径为ΦD+0.2 mm，内圆直径为ΦD-0.1 mm，最薄处壁厚仅为1 mm，属薄壁件；零件外圆上带有1处凸型窗口及5组带有角向位置要求的孔系，部分孔系有内倒角加工要求，零件结构较复杂；其孔系角向尺寸精度、形位公差要求高，加工过程中薄壁壳体容易变形，加工难度极大。

3.1薄壁车削技术

车削加工技术在整体加工过程中起到保证内外轮廓尺寸和加工装夹定位基准的作用。壁厚尺寸和两端面相对于内圆轴心线的垂直度0.1 mm是车削加工的难点。由于壳体刚性差 ，径向装夹零件，必然导致零件变形，因此，在精加工阶段采用轴向压紧法装夹定位零件。壳体与加强板焊接后必然会引起壳体表面轻微变形，因此内外圆需保留余量，在焊接后完成精加工，保证轮廓和壁厚尺寸，加工顺序采用先外圆后内圆的顺序。受零件装夹定位方式的限制，两端面不能在一次装夹中完成，考虑到定位误差、累积误差的影响，精加工端面前找正外圆跳动不大于0.03 mm，控制每个端面相对于内圆轴心线的垂直度0.05 mm，保证垂直度要求。

3.2 孔系铣削技术

铣削加工在整体加工过程起到保证所有孔系尺寸的作用，从薄壁壳体的尺寸标注方式看，5组孔系和窗口的角向0°起点都是同一个基准，采用一次装夹完成所有孔系加工，既可减少找正时间，提高加工效率，也可以消除重复定位误差，很好地保证加工质量。

3.3锐边处理技术

薄壁壳体壁厚较薄，零件沉孔后，底孔处基本无光孔,所以沉孔不作锐边倒角C0.2要求，用细砂纸沿内孔打磨去除毛刺即可。窗口处有多组导线穿出，为防止划破导线的绝缘层，窗口内周边要做锐边R0.3~0.5.的倒角，并用120#砂布抛光，在最终检验工序用细砂手套触摸，无挂线现象。

3.4加工中的变形控制

1）合理选择装夹定位方式。从零件的结构特性来看，零件的定位基准有内圆和端面、外圆和端面，夹紧方式有外圆夹紧、内圆撑紧、轴向压紧。由于零件刚性极差，外圆夹紧的装夹方式会使零件变形，因此只在粗加工采用这种方式。在精加工阶段，加工外圆采用内圆和端面定位、轴向压紧的装夹方式，加工内圆采用内圆端面定位，内圆撑紧的装夹方式，加工方法采用两端加工法，即一端内圆用于定位，加工另一端内圆，再掉头加工另一端内圆。

2）切削用量的选择和加工阶段的划分。加工余量直接影响着工序尺寸，更重要的是关系到加工质量及加工成本，切削余量大，刀具与零件摩擦产生的热量多，会产生过多的残余应力，引起零件变形，因此选取适合的切削用量对控制零件的变形至关重要。结合薄壁壳体零件结构特点，加工余量主要在车削加工完成，车削过程的变形是影响加工质量的主要问题。在轮廓尺寸成型后，铣削加工去除孔系余量。孔系加工只分粗、精两个加工阶段。在粗加工阶段，为提高生产效率，要去除绝大部分余量，留有能够修复尺寸余量即可；在半精加工阶段，去除去应力时效产生的变形余量，精修装夹定位基准，次要表面完成了最终加工，留取适度余量[3]；精加工阶段要保证设计图样所有技术指标，加工余量预留足够即可。

3）合理进行热处理。在整体工艺路线安排中，热处理的目的是消除零件的内应力，减少后续工序的变形，更好地保证零件质量。粗加工去除了大量的零件余量，钛合金表面产生不均匀的残余应力，在粗加工阶段后安排一次去应力时效。焊接工序热量分散不均匀，也会产生大量残余应力，因此在焊接后安排一道热处理工序。

结语

综上所述，高强度合金钢薄壁壳体加工工艺技术研究是非常重要的。在加工过程中，我们要合理进行加工设备以及加工工艺的选择及优化，并加强加工过程中的质量管控，不断提高壳体的尺寸精度和表面质量。

参考文献

[1]高文敏,梁迪,张显文.薄壁类壳体零件加工精度问题分析及解决方案[J].金属加工(冷加工),2023,No.858(01):51-53.

[2]曾建,徐家品,易肖昆等.高精度大直径薄壁壳体加工工艺[J].世界制造技术与装备市场,2022,No.179(02):61-62.

[3]孔祥茹,肖卉,华峰.薄壁铸造铝合金壳体加工变形控制研究[J].机电信息,2020,No.618(12):86-87.

作者简介: 蒋龙生，1988.10.16，男，汉族，陕西省汉中市人，大学本科。主要研究方向：弹箭工艺技术

作者简介：吕超，1990.7.19，男，汉族，山西朔州人，大学本科。主要研究方向：弹箭工艺技术。

作者简介：魏鹏利，1989.7.23，男，汉族，山西省大同市人，大学本科。主要研究方向：弹箭工艺技术