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薄壁类零件的车削工艺分析
段立波
一．引言
薄壁类零件指的是零件壁厚与它的径向、轴向尺寸相比较,相差悬殊,一般为几十倍甚至上百倍的金属材料的零件，具有节省材料、结构简单等特点。薄壁类零件已广泛地应用于各类石油机械部件。但是薄壁类零件的车削加工是比较棘手的，具体的原因是因为薄壁类零件自身刚性差、强度弱，在车削加工中极容易变形，很难保证零件的加工质量。如何提高薄壁类零件的加工精度是机械加工行业关心的话题。
二．薄壁类零件车削过程中常出现的问题、原因及解决办法
我们在车削加工过程中，经常会碰到一些薄壁零件的加工。如轴套薄壁件（图1），环类薄壁件（图2），盘类薄壁件（图3）。本文详细分析了薄壁类零件的加工特点、防止变形的装夹方法、车刀材料、切削参数的选择及车刀几何角度。进行了大量的实验,为以后更好地加工薄壁类零件,保证加工质量,提供了理论依据。

图1轴套薄壁件

图2环类薄壁件

图3盘类薄壁件
1.薄壁类零件的加工特点
1.1因零件壁薄，在使用通用夹具装夹时，在夹压力的作用下极易产生变形，而夹紧力不够零件又容易松动，从而影响零件的尺寸精度和形状精度。
如图4所示，当采用三爪卡盘夹紧零件时，在夹紧力的作用下，零件会微微变成三角形，车削后得到的是一个圆柱体。但松开卡爪，取下零件后，由于零件弹性，又恢复成弧形三角形。这时若用千分尺测量时，各个方向直径相同，但零件已变形不是圆柱体了，这种变形现象我们称之为等直径变形。

图4三爪卡盘装夹

1.2因零件较薄，加工时的切削发热会引起零件变形，从而使零件尺寸难以控制。对于膨胀系数较大的金属薄壁零件，如在一次安装中连续完成半精车和精车，由切削热引起零件的热变形，会对其尺寸精度产生极大影响，有时甚至会使零件卡死在芯轴类的夹具上。
1.3薄壁类零件加工内孔中，一般采用单刃镗刀加工，此时，当零件较长时，如果刀具参数及切削用量处理不当，将造成排屑困难，影响加工质量，损伤刀具。
1.4由于切削力和夹紧力的影响，零件会产生变形或振动，尺寸精度和表面粗糙度不易控制。如刀具角度不正确或磨损后，导致切削力增大，工件表面会产生颤纹影响表面质量。
1.5薄壁类零件刚性差，不能采用较大的切削用量，生产效率低。
因此选择合适的装夹方法，加工工艺，合理的切削用量，刀具材料及角度，减小零件振动，充分冷却和检测都是保证加工薄壁类零件的关键因素。
2.薄壁类零件的装夹方法
2.1通用软爪定位装夹：选择合理的夹紧力作用点，使夹紧力作用在零件刚性较好的部位，适用于形状和尺寸公差要求不严的零件加工。
优点：装卸方便长度可定位，可以承受较大切削力。
缺点：零件定位点较集中，零件加紧后变形较严重。
2.2扇形软爪装夹：采用扇形软爪的三爪卡盘（图5），按与加工零件的装夹面动配合的要求，加工出卡爪的工作面，增大与零件的接触面积。

图5扇形软爪
优点：增大夹紧力的作用面积，使零件支持面增大，夹紧力均匀分布在工作面上，可加大切削用量，不易产生变形。
缺点：扇形软爪不易加工。
2.3刚性芯轴装夹

图6刚性芯轴
采用锥体芯轴装夹，将零件直接套在锥体芯轴加工。
2.3.2采用圆柱芯轴装夹，将零件装在芯轴上采用轴线压紧。减小零件径向变形。
优点：装卸零件方便，能保证较高的同心度，技术要求。
缺点：零件内孔被芯轴划伤。
2.4磁力吸盘装夹：通过磁力将零件吸附在吸盘上，零件只承受轴向力，而径向不受力。
优点：可一次加工完零件内外圆。
缺点：零件找正比较麻烦，应用范围小，不适合加工有色金属类零件。
2.5采用轴向夹紧夹具：车薄壁零件时，不使用径向夹紧，而选用轴向夹紧方法。零件靠轴向定位套的端面实现轴向夹紧，由于夹紧力沿零件轴向分布，而零件轴向刚度大，不会产生夹紧变形。

图7轴向夹紧夹具
优点：零件变形小，加工质量好。
缺点：工艺系统复杂，夹具适用范围小。
2.6增加工艺肋：有些薄壁零件可以在其装夹部位特制几根工艺肋，以增强此处刚性，使夹紧力作用在工艺肋上，以减少零件的变形，加工完毕后，再去掉工艺肋。

图8工艺肋
优点：增加了零件刚性，减小装夹变形。
缺点：不适合大批量加工。
2.7采用可涨式芯轴装夹：如图9所示，装夹时，工件以弹性心轴的外圆作为定位基准，通过拧紧或松开夹紧螺钉实现弹性心轴的轴向移动。由于刚性心轴与弹性心轴间的配合为锥面配合，因此，弹性心轴沿轴向移动的同时将会产生径向的胀开或收缩，从而实现对工件的径向夹紧或松开

图9
优点：非常适合内孔尺寸一致性较差的成批零件加工，制造成本低。
缺点：不适合加工精度要求较高的零件。
3.薄壁类零件车削加工工艺的选择
3.1先粗后精：薄壁零件的车削一般应把粗车和精车加工分开进行,粗车后进行热处理。有些零件形状复杂、精度要求高,需在粗车和精车之间增加半精车工序,使粗加工产生的变形逐渐得到修正