薄壁零件数控加工工艺质量的改进方法

李显政

中国航发哈尔滨东安发动机有限公司 黑龙江哈尔滨 150000

薄壁类零件的加工变形主要原因是零件刚性弱，在切削力和夹紧力的作用下易发生变形。从实际加工情况来看，薄壁零件加工受到装夹方式、走刀路线、切削参数、刀具刚性等各种因素的影响。为了保证加工质量，要结合零件结构和材料的具体特点提出科学的工艺方法。还应加强薄壁零件数控加工方法及工艺改进研究，从而通过优化工艺严控加工精度[1].

1 数控加工薄壁零件的加工方法分析

1.1 加工流程分析

薄壁零件具有刚性差的特点，加工过程中容易发生变形，需要通过改进工艺保证加工质量。相较于传统加工工艺，采用数控技术进行薄壁零件加工，通过科学设计加工流程能够使加工误差有效降低，从而使零件生产质量得到保证。从现代数控机床加工的工作流程角度来看，可以将其大致划分为完成粗加工、半精加工、精加工三个主要步骤。对零件进行粗加工，如加工薄壁套等零件，通常采用粗铣或粗车外圆等工艺方法，参数上可以采用大切深，大进给，以提高加工效率为主要目标，零件表面的粗糙度可以降低。在完成零件初步加工后，可以进行半精加工，处理薄壁零件次要表面，使其精度达到加工要求。对多余部分进行去除，能够使薄壁零件加工质量得到提升。在精加工阶段，由于所有尺寸都要加工至最终的设计尺寸，应当在加工中投入更多的关注。薄壁零件通常拥有复杂结构，在数控加工中将面临变形控制的难题。因此，在数控编程前，需要充分考虑零件的结构和已有的加工经验，提出科学的加工方案，使变形量得到有效控制。

1.2 零件装夹

对零部件进行车削加工，需要注意保证其装夹紧凑、悬伸较短，因为加工时夹具和零件会随着机械主轴旋转，加强对重心的控制而使其紧靠在主轴的顶端，才可以使得惯性力矩得到有效地控制，避免机械回转时的力矩过大，使得加工精度得到提升。但也不能单纯为了缩短悬伸而忽略了零件自身的加工要求，至少应当确保其伸长度能与刀具和设备匹配，不至于造成加工干涉的情况。此外，必须确保零件装夹的强度，既能够避免出现脱夹、又能避免夹紧力过大造成的装夹损坏等问题[2]。

2 数控加工薄壁零件的加工工艺改进

2.1 工艺问题分析

薄壁类零件的变形原因包含多个方面。首先，在毛坯的铸造，锻造阶段，零件经过高温热处理易产生内应力，在后续的机加过程中，随着应力逐渐释放，零件几何尺寸及其形状精度将大大受到影响。第二，在壁厚不断降低的过程中，零件的刚性有所降低，易引发切削振动。这不仅会直接造成一些零件尺寸超差，严重的也可能导致一些零件表面的粗糙度极差，甚至出现明显的刀痕。

2.2 工艺改进措施

（1）方案改进。考虑到应力释放的问题，需要合理划分加工阶段。即先对零件进行粗加工，使得内部的应力释放；然后进行热处理工序，采取退火等方式消除应力后，可以进行精加工。在这个过程中，要充分参考以往经验，既要尽可能多地去除加工余量，又要避免应力释放过程中，零件变形量过大，导致后续的加工余量不足。总之，在精加工阶段，需要做好余量安排，避免因余量过多造成新的加工应力产生，同时避免余量过少造成变形无法修正。

（2）加工方法改进。为了保证零件的加工质量稳定，还要选用专业的机夹型刀具对零件进行加工，保证机夹型刀具的刚性、稳定性、强度等均能达到要求，并且机夹型刀具的材料和所需要的加工机械参数相互适应。以铣削加工为例，在刀具选择上，需要提高刀杆刚性，以免零件表面受刀杆振动的影响造成表面质量下降。刀杆可以配置阻尼模块，对刀柄弯曲变形振动进行吸收，使零件加工保持稳定。在对切削参数选择上，需要按照毛坯的硬度、刀具原材料、铣床精度、零部件直径进行相应的切削量匹配。在背吃刀量增加的情况下，切削力也将增加，使零件产生更多的变形。所以不妨减小背吃刀量，同时使进给量有所增加，达到减小切削力的目标。用这种方法，虽然每次刀具的金属切除量减少，但由于进给速度的提高，不会对加工效率产生特别大的影响，同时避免了造成零件产生较大变形。在高速精铣过程中，应该保持稳定的切削速度，即要避免切削速度的突然变化，目的是使其变形被有效地控制。在镗孔过程中，注意刀具几何角度的选取，采用稍大后角可以减小后刀面与零件表面的摩擦，降低切削力。做好断屑槽选择，这有利于切屑的折断，避免形成过长的切屑。采用负刀倾角能够使切屑顺利排出，避免切屑划伤已加工表面。此外，应尽量选择乳化液作为冷却润滑液，在减小切削力的同时还能降低切削温度，增强刀具耐用度[3]。

3 结语

综上所述，从改进的角度来看，控制薄壁类零件加工变形的方法大概包括合理划分加工阶段，安排消除应力等热处理工序，并控制加工余量；合理选择零件的装夹方式，在保证不损伤零件的前提下，提高其刚性；合理选择刀具和加工参数，减小切削力带来的加工变形。综合采用以上方法，可以解决振纹、变形等问题，达到设计的要求。目前还出现了采用数控加工仿真分析软件，通过分析和预测加工变形实现工艺方案的改进，但还没有广泛使用[4]。