1 前言

      薄壁零件剛性差、易變形，難（nán）以保證加工精（jīng）度。薄壁零件加工（gōng）的變形（xíng）問題,多少年來一直困擾（rǎo）著機（jī）械（xiè）加工行業,是比較難以解決的課題。減磨環（如圖1）屬於典型（xíng）的薄壁（bì）零件，壁厚為5.4mm，精度要求高，直徑公差僅為0.05mm。本文結合減磨環（huán）的加工對薄壁零件加工產生變形的原因進行了係統的分析，並提出了減磨環加工預防變形的工藝措施。

      2 薄壁零件加工變形的原因

      薄壁零件（jiàn）加工產生變形的（de）原因（yīn）很多,現主要從以下幾個方麵（miàn）分析:

      2.1 裝夾變形

      因零件壁薄，在裝夾（jiá）過程中由於夾緊力過大或受力不均引起的變形從而影響零件的尺寸精（jīng）度和形狀精度，所以（yǐ）必須選擇（zé）合（hé）理的裝夾方式。

      2.2 切削變形

      2.2.1 切削力變形

      在切削力（特別是徑向切削力）的作用下，很容易產生振動和變形，所以需要選用（yòng）合適（shì）的刀具及切削參數，采用適當的輔助措施避免、減小由切削力引起的變形。

      2.2.2 切（qiē）削熱變形

      由於零件本（běn）身材質和壁薄的特點，切削熱會引起零件的熱變形，使零件尺寸難以控製，所以控製切削過程中的發熱（rè）顯得至關重要。

      2.3 殘餘應力變形（xíng）

      毛坯經過熱成形後, 冷卻過程中產生內應力, 切削後內應力重新分（fèn）布引起（qǐ）變（biàn）形, 所以需要采用熱處理來（lái）消除內應力, 減小殘餘應力引起的變（biàn）形。

      通過對薄壁零件（jiàn）加工產生變形的原因進行分析，我們知道在加工減磨環的過程中需（xū）要采取各種工藝措施控製減磨環加工產生變形。

      3 薄壁零件加工變形的控製

      為控製減磨環加工變形，以下從零件裝夾、切（qiē）削、殘餘應力的角度控製加工變形。

      3.1 控製裝夾變（biàn）形的方法

      3.1.1 扇形軟爪應用（yòng）

      為了使零件裝夾時在圓周方向上受力均衡，需要增大夾具與零（líng）件的接觸麵積。可以將三爪卡盤與零件的接觸麵加寬，並且將其與零件接觸的麵與零件（jiàn）夾緊（jǐn）麵配車，這種夾緊裝置即所謂的扇形軟爪（zhǎo）。由於扇形軟爪（zhǎo）與零件的（de）接觸麵配車（chē）而成，夾緊時可以充分接（jiē）觸，使零件的受力均衡並具有很（hěn）好的（de）同心度，而且零件的裝（zhuāng）夾也快捷方便。但扇形軟爪的應用不能完全避（bì）免變形的（de）產生。

      在減（jiǎn）磨環半精車時，我們考慮使用（yòng）扇形軟爪裝（zhuāng）夾工件以減小變形。經過多次工（gōng）藝試驗，我們發現減磨環的圓度值在0.05mm 左右，符合我們試驗（yàn）初期的設想。所（suǒ）以確定半精車工序選（xuǎn）用扇形軟爪裝夾工件（如圖2）

      3.1.2 軸向夾（jiá）緊裝置

      如果加工過程中將零（líng）件徑向夾（jiá）緊改為軸向（xiàng）夾緊，即轉移夾（jiá）緊力的作用點和方向，零件所需的軸向夾緊力約為徑向夾緊時夾緊力的1/6，可見采用軸向夾緊的方式利用很小的夾（jiá）緊力即可實現零（líng）件的可靠裝夾，更有利於減小（xiǎo）夾緊力，從而（ér）減小零（líng）件的變形。有時為了實現軸向夾緊需要設置工（gōng）藝凸（tū）台來裝夾零件。

      減磨環精車作為最終（zhōng）成型工序，如果不能很（hěn）有效的（de）控製變形（即把變形（xíng）控製在0.02mm 內），加工將麵臨失敗（bài）。所（suǒ）以在減磨環精車（chē）工序，我們（men）選擇軸向（xiàng）夾緊以有效控製變形（xíng）。為（wéi）驗證（zhèng）軸向夾緊（jǐn）的效果（guǒ），我們做了多次工藝試驗。試驗（yàn）結果證明軸向（xiàng）夾緊（jǐn）可以有效控製變形（外圓圓（yuán）度在0.01mm 左右）。

      3.2 控製切削變形的方法

      3.2.1 刀具（jù）的選（xuǎn）擇

      減磨環為鑄鐵件HT300，硬度（dù）較高（gāo）。殘餘應力（lì）管理技術(RSM)，從不同的角度（dù）討論減小殘（cán）餘應力的方（fāng）法（fǎ），對於刀具前角，前角每增加1 度，切削溫（wēn）度（dù）及切削力會降低10％。在（zài）刀具耐用（yòng）度允許的情況下，選用較大的刀具前角和後角有利於減（jiǎn）小切削力。刀具主偏角影響切削的徑向（xiàng）力。

      綜合考慮我（wǒ）們選擇山特維克CCMT 09 T3 04-WF 3215 刀片。刀具的前角為正前角，後角為7°，主（zhǔ）偏角為（wéi）93°。

      3.2.2 切削參數的選擇

      切削速度的選擇

      對於金屬切削加工來說, 提高切削速度是提高加（jiā）工效率減少振動的有效手段。但是對於薄壁零件的加工, 切削速度在一定程度上（shàng）影響切（qiē）削力的大小, 從而影（yǐng）響加（jiā）工（gōng）變形的大小, 因此, 需（xū）要對切削速度進行優化選（xuǎn）擇。

      根據選擇的刀具和減磨環的材料特性，我們選擇200m/min 的切削速度。切削深度的選擇削（xuē）深度對加工振動的影響很（hěn）大, 切削深度對切削振動的影響也不一樣, 在滿足加工效率的同時（shí）, 選擇小的切削深度會降低零件的振動, 使加工較為平（píng）穩。結合刀尖半徑0.4mm，為保證減磨環表麵粗糙（cāo）度和減小振動，我們選擇0.3mm 的切削深（shēn）度。

      進給速度的選（xuǎn）擇

      切削力會隨著進給速度的增大而增大,機床的動態柔度特性（xìng）也可能改變，從而使得加工的（de）穩定性（xìng）也受到同樣的影（yǐng）響（xiǎng）。因此,需要對進（jìn）給速（sù）度進行優化選擇。綜合（hé）刀具、減磨環材質、表麵粗糙（cāo）度和精度的要求我們（men）選擇0.2mm/r 的進給速度。

      3.2.3 切削液的選擇

      零件在加工過程中產生的切削熱是導致零件變（biàn）形及影響表麵質量的因素之（zhī）一，所以在零件的切削加工（gōng）過程中應該進行充分的冷卻。合理選擇切削液可（kě）以減小刀具與（yǔ）零件之間的摩擦，改（gǎi）善切削條件，並且帶走切削區域大量的切削熱，使切（qiē）削溫度降（jiàng）低，切削液的（de）流動還可衝走切削區域和機床導軌上的細小切屑及脫落的磨粒。

      鑄鐵件通常不需（xū）要切削液，但為了降低減磨環加工（gōng）的（de）切削溫度，我們選擇了半合成切削液。該切削液具有良好的防鏽、潤（rùn）滑、清洗、冷（lěng）卻性能，顯著提高（gāo）了加工精度。

      3.3 控製殘餘應力變形

      零件在加工過程中，因應力釋放極易變形，工藝方法（fǎ）常（cháng）采用粗、精加工分開進行，並在粗加工後進行去應力處理（lǐ），即采用粗加工～去應（yīng）力熱處（chù）理（lǐ）～精加工的流程（chéng）。對於變形（xíng）嚴重的高精度零件，還要（yào）安排半精加工，並進行多次（cì）去（qù）應力（lì）處理。

      針對減磨環，我們在毛（máo）坯（pī）、粗車、半精車、精車之間安排了三（sān）次去應力處理（分別為去應力退火、回火去應力、回火去應力）。三次去應力處理盡可能（néng）地釋放了毛坯、粗車、半精車工序產生的殘餘應力，保證了最終精車的精度。

      3.4 控製薄壁零件加（jiā）工變形方（fāng）法的工藝固化

      隨著數控機床的普及應用，許多控（kòng）製薄壁零件變形的措施得以用程序固化，避免了因操作者的穩定性而出現質量差異的情況。因此在減磨環的加工過程中我們使用了數控車（chē）床、專用夾具（jù），編製了作業指導書等措施。這些措（cuò）施有效地保證了工藝過（guò）程的穩定性。

      4 結論

      以上是（shì）針對減磨環加工采（cǎi）取（qǔ）的工藝方案，經實踐證明該方（fāng）案是行之有效的。