1 前言

      薄壁零件剛性差、易變形，難以保證加工精度（dù）。薄壁零件加工的（de）變形問題,多少年來一直困擾著機械加工行業,是比較難以解決的課（kè）題。減磨環（如圖1）屬於典型的薄壁零件，壁厚為5.4mm，精度要求高（gāo），直徑公差僅為0.05mm。本文結合（hé）減磨環的加工對薄（báo）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（báo）壁零件加工產生變（biàn）形的原因很多,現主要從以（yǐ）下幾個方麵分（fèn）析:

      2.1 裝夾變形

      因（yīn）零件（jiàn）壁薄，在裝夾過程中由於夾緊力過大或受力不均引起的變形從（cóng）而影響零件的尺寸精度和形狀精度，所以必須選擇合理的裝夾方式。

      2.2 切削變（biàn）形

      2.2.1 切（qiē）削力變形

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

      2.2.2 切削熱變形

      由於零件本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顯得至關重要。

      2.3 殘（cán）餘應力變形

      毛（máo）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布引起變形, 所以需要采用熱處（chù）理來（lái）消除內應力, 減小（xiǎo）殘餘（yú）應力引起的變形。

      通（tōng）過對薄壁（bì）零件加工產生變形（xíng）的（de）原因進行分析（xī），我們知道在加（jiā）工減磨環的過程（chéng）中需要（yào）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（gōng）變形的控製

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

      3.1 控製裝夾變形的方法（fǎ）

      3.1.1 扇形軟爪應用

      為了使零件裝夾時在圓周方向上受力均衡（héng），需要增大夾具與零件的接觸麵積（jī）。可以將三爪卡盤與零件的接觸麵加寬，並且將其與（yǔ）零件接觸的麵與零件夾（jiá）緊麵配車，這種（zhǒng）夾緊裝置即所謂的扇形軟爪。由（yóu）於扇形軟爪與零件的接（jiē）觸麵配車而（ér）成，夾緊時可以（yǐ）充（chōng）分接觸，使零件的受力均衡並具有很好的同心（xīn）度（dù），而且零件的裝夾也快捷方便。但扇形軟爪（zhǎo）的應用不能完全避免變形的產（chǎn）生（shēng）。

      在減磨環半精車（chē）時，我們考（kǎo）慮使用扇形軟爪裝夾工（gōng）件以減小（xiǎo）變形。經過多次工藝試驗（yàn），我們發現減磨環的圓度（dù）值在0.05mm 左右，符合我（wǒ）們試驗初期的設想。所以（yǐ）確定半精車工序選（xuǎn）用扇形軟爪裝夾工件（如圖2）

      3.1.2 軸向夾緊裝置

      如果加工過程中將零件徑向夾緊改為軸向夾緊（jǐn），即轉移夾（jiá）緊力的（de）作（zuò）用點和（hé）方向（xiàng），零件所需的軸向夾緊力約為徑向夾緊時（shí）夾（jiá）緊力的1/6，可見采（cǎi）用（yòng）軸向夾緊的方式利用很小的夾緊力即可實現零件的可靠裝夾，更有利於減（jiǎn）小夾緊力，從而（ér）減小零件（jiàn）的變形。有時為了實現軸向夾緊（jǐn）需要設（shè）置工藝凸台（tái）來裝夾零（líng）件。

      減（jiǎn）磨環精車（chē）作為（wéi）最終成型工序（xù），如果不能很有效的控製變形（即把變形控製在0.02mm 內），加工將麵臨失敗。所（suǒ）以在減磨環精車工序，我們選（xuǎn）擇（zé）軸向（xiàng）夾緊以（yǐ）有效控（kòng）製變形。為驗證軸向夾緊的效果，我們做了多次工藝試驗。試驗結果證明軸向夾緊可以有效控製變（biàn）形（外圓圓（yuán）度在0.01mm 左右）。

      3.2 控製切削變（biàn）形的方法（fǎ）

      3.2.1 刀具（jù）的選擇

      減磨環為鑄鐵件HT300，硬度較高。殘餘應力管理（lǐ）技術(RSM)，從不同（tóng）的角度討（tǎo）論減小殘餘應力的方（fāng）法，對（duì）於刀具（jù）前角，前（qián）角每增加（jiā）1 度，切削溫度及切削力會降低10％。在刀具（jù）耐用度允許的情況下，選用較大的刀具前角和後角有利於減小切削力。刀具主偏角影響切削的徑向力。

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

      3.2.2 切削參數的選擇

      切削速度的選擇

      對於金屬（shǔ）切（qiē）削加（jiā）工來說, 提高切（qiē）削速度是提高加（jiā）工（gōng）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（chéng）度上影響切削力的大（dà）小, 從而影響加工變形的大小, 因此, 需要對切削速度進行優化選擇。

      根據選擇的刀具和減磨環的材料特性，我（wǒ）們選擇200m/min 的切削速度。切削深度的選擇削深度對加工振動的影響很大, 切削深度對切削振動的（de）影響也不一樣, 在滿足加工效率的同時, 選擇小的切削深度會降低零件的振動, 使加（jiā）工較為平穩。結合刀尖半徑0.4mm，為保證減磨環（huán）表麵（miàn）粗糙度和減小（xiǎo）振動，我們選擇（zé）0.3mm 的切削深度。

      進給（gěi）速度的選（xuǎn）擇（zé）

      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也可能（néng）改變，從而使得加工的穩定性也（yě）受到同樣的影響。因此,需要對進給速度進行優化選（xuǎn）擇。綜合刀具、減磨環材質、表麵粗糙度和（hé）精度（dù）的要求（qiú）我們選擇0.2mm/r 的進給速度。

      3.2.3 切削（xuē）液的選擇

      零件在加工過程中產生的切削熱（rè）是導致零（líng）件變形及影響（xiǎng）表麵質量的因素之一，所以在零件的切削加工過（guò）程中應該進行充分的冷卻。合理選擇切削液可以減小刀具與零件之間的摩擦，改善切削條（tiáo）件，並且帶走切削區域大量的切（qiē）削熱，使切（qiē）削溫度降低，切削液的流動還可（kě）衝走（zǒu）切削區域和機床導軌上的細小切屑及脫落的磨粒。

      鑄（zhù）鐵件通常不（bú）需要切削液，但為了（le）降低減磨環加工的切削溫度，我們選擇了半合成切削液。該（gāi）切削液（yè）具有良好的防鏽、潤（rùn）滑、清（qīng）洗、冷卻性（xìng）能（néng），顯著提高（gāo）了（le）加工精度。

      3.3 控製殘餘應力變形

      零件在加工過程（chéng）中，因應力釋放極易變形，工藝（yì）方法常采用粗、精加工分（fèn）開進行（háng），並在粗加工後進行去（qù）應力處理（lǐ），即采用粗加工～去應力熱處理～精加工的流程。對（duì）於變形嚴重的高精度零（líng）件，還要安排半精加工，並進行多次（cì）去應力處理。

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

      3.4 控製薄壁零件加工變形方法的工（gōng）藝固化

      隨著數控機床的普及應用，許多控製薄壁（bì）零件變形的措施得以用程序固化（huà），避免了因操作者的穩定性而（ér）出現質量差異的情況。因此在減磨環的加工（gōng）過程中我們（men）使用了數（shù）控車床、專用夾具，編（biān）製了作業指導書等措施。這些（xiē）措施有效地保證了（le）工藝過程的穩定性。

      4 結論

      以上（shàng）是針對減磨環加工采取的（de）工（gōng）藝方案，經實踐證明（míng）該方（fāng）案是行之有效的。