特殊材料薄壁件加工中夹具改造和工艺方法改进研究

葛安勇+何春燕

摘 要：薄壁件的加工难点在于如何预防工件在切削加工过程中产生变形。薄壁件的刚性差、强度弱，在加工中极易变形，零件的质量难以保证。通过改造工装夹具、改变工艺方法实现薄壁件的合格率。

关键词：薄壁件 不锈钢 钛合金 工装夹具

中图分类号：TG506 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）07（c）-0074-02

因航空飞行器的特殊要求经常会选用一些重量轻、精度高、韧性好、强度高、抗腐蚀性强的壳体、筒类零件，这就出现了例如不锈钢类、钛合金类等特殊材料的薄壁件。薄壁零件本身在加工过程中就容易受到各种因素的影响而产生变形，不能很好地满足精度要求，加上特殊材料的难加工性，要想得到高品质的零件就更加困难。在这里笔者通过對公司两种不同材料的薄壁零件加工进行分析，请专家给予批评指正。

1 薄壁件的加工方法

薄壁件的难加工主要表现为在加工中零件的变形、振刀等现象严重影响零件的精度。如何解决这些问题，就需要我们从机床、刀具、工装夹具等方面加以分析。从机床方面讲影响薄壁件的因素为机床本身的刚性，机床刚性不足的话，零件直接会产生振刀现象。刀具主要体现在刀具材料、几何参数的合理选择，刀具的参数选择将直接影响加工过程中的散热情况、工件的热变形和内应力的产生。工装夹具的不合理性也将直接影响到工件在加工过程中的刚性、变形。

某型号零件护筒。该零件材料为1Cr18Ni9Ti，典型的不锈钢薄壁件，最薄处壁厚为0.4mm左右，加工难度高。在首次加工中，制作护筒芯轴，芯轴外圆与护筒内孔间隙为0.02～0.03mm，加垫圈用螺母固定，工件内孔底面与芯轴端面贴合。选用肯纳Kc5010外圆刀片，粗车刀片刀尖角为55°，精车刀片刀尖角为35°。粗车转速n=800r/min，切深r=0.35mm，进给速度f=0.1mm/r。粗车完后零件总长被拉长1mm左右，4mm孔距拉伸为5mm，小孔变为椭圆形，零件报废。分析认为在切削过程中，不锈钢材料切屑不易折断、易粘结，切削温度高，切削力大导致零件切削应力来不及释放引起工件拉伸。

根据分析的结果，在接下来的加工中增加了一把1.5mm切槽刀，分别在图1所示的1、2点的位子切应力释放槽，直径切至留精加工余量0.05～0.08mm，然后采用首次加工的切削参数进行粗精车，零件不再被拉伸，各质量指标完全合格。但外圆刀在经过应力释放槽的时候容易崩刃，增加了加工成本、影响了加工效率。因此决定通过改造夹具来实现降低生产成本、提高工作效率、保证产品质量的目标。

图2所示改变加工方法以零件的大端面贴紧芯轴的端面，工件内孔底面与芯轴端面1留有0.1～0.15mm间隙，选用与首批零件加工相同的切削参数和刀具，不切应力释放槽，用右手外圆刀先从零件右侧按箭头方向粗车至工件中段，然后用左手刀从工件左端按箭头方向粗车至中段，后从工件右端精车达图，零件加工合格，但大端面与芯轴接合处毛刺需另行装夹去除。

在使用了前两种加工方法后，又采用了另一种措施（图3）。先将工件套入芯轴，用夹头夹持工件后端10mm处，芯轴前端用顶尖顶起，用粗车刀将工件大端面与外圆处制倒角并粗车至距夹头2mm处，外圆留0.05～0.08mm余量。

如图4所示，将10mm夹持部分及所留2mm粗车掉，后精车达图，零件合格。综合比较以上的几种加工方法，笔者认为最后一种方法最有效。

2 某型号座椅零件中筒的加工过程中所遇到的难题及解决办法

零件材料牌号为TC11钛合金，该零件直径较大，公差精度和表面光度要求高，壁薄。从加工工艺性上来说，工件直径越大的薄壁零件，在精加工过程中更易变形，造成零件尺寸超差。在加工外形工序时，采用了以下几种方法。

（1）将工件装入芯轴（图5），工件的所有内孔与芯轴的配合间隙为0.02mm，工件左端面与芯轴的大台阶面贴合定位，工件右端面加垫圈后用螺帽压紧。选用前角较大、切削刃锋利的硬质合金刀具在冷却充分的条件下进行粗精车。工件脱离芯轴前测量各尺寸均达图，取下工件后再进行测量，发现变形。尤其是工件大外圆φ87处椭圆度达到0.07mm，超出了工件尺寸公差。分析原因是上工序加工φ83.2的孔时，其圆度保证的不好，工件装入芯轴后将其变形处撑圆，工件加工完成后从芯轴脱离后在弹性变形的作用下，工件内孔又恢复原状态，从而影响到外圆φ87处，造成尺寸超差。

（2）根据上述分析，将芯轴与工件内孔φ83.2处（见图5）的配合间隙加大，在工件装入时不与芯轴接触，其余的间隙不变。采用与第一次同样的方法压紧工件，切削参数不变，加工完成后取下工件进行测量，外圆φ87处的椭圆度为0.04mm，比较上次有所改善，但是依然无法满足工艺要求。经过再次分析原因是在加工过程中，工件在前后端面都在压紧状态下切削时产生的应力无处释放，当加工完成后，取下工件，应力得以释放，在应力的作用下工件变形。

（3）为了避免切削应力导致工件变形，经分析研究后决定选择以内孔中“D”面为定位面与受力面（图6）。工件装入芯轴后左端面与芯轴大端面空开不接触，工件内孔φ83.2处与芯轴不接触，其余的间隙不变，右端面压紧后进行加工。加工完成后取下工件进行测量，测量结果为椭圆度在0.015～0.02mm，保证了工件的尺寸要求。最终确定了第三种装夹定位方案为最佳加工方法。

3 结语

综合以上两种不同特殊材料的薄壁工件加工，可以看出，在数控车削加工特殊材料的薄壁件过程中，一定要根据工件的各工艺要求合理选择最佳的装夹方式。通过夹具改变工件的定位面，减少工件的接触面，改变夹紧点与变形量的关系来保证工件的精度。

参考文献

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