蔡昊

摘 要：薄壁零件在工业领域主要是指壁厚在1mm以下的金属材料零件，在许多工业部门中都有着非常广泛的应用，与一般的零件相比，具有重量轻、节约材料以及结构紧凑等特点。不过，在对薄壁零件进行加工时，由于其自身的刚性差，强度不足，很容易出现变形问题，导致零件的形位误差增大，影响加工质量。因此，对薄壁零件的加工，始终是工艺人员研究的重点。该文结合薄壁零件加工中超薄筒状零件加工的难点及影响因素，对其加工技术进行了分析和讨论。

关键词：薄壁零件 超薄筒状零件 加工技术

中图分类号：TG5 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）11（b）-0010-02

工业化进程的加快，带动了社会生产力水平的提高，也使得各类机械设备得到了快速发展，在工作效率、加工精度等方面提出了更高的要求。超薄筒状零件属于薄壁零件的一种，通常是指长径比大、壁厚小、结构刚性弱的零件，其在机械设备中往往都有着非常重要的作用，一旦出现问题，往往会造成严重后果。而从目前来看，虽然工艺技术人员对于薄壁零件加工的研究从未停止，但是对于超薄零件的研究却并不多，在对超薄筒状零件进行加工时，如何保证其加工质量，减少零件的变形，是一个亟待解决的问题。

1 超薄筒状零件的加工难点

以某机械设备中的薄壁套筒为例，对超薄筒状零件加工的难点进行分析。为了方便分析，将零件的一些次要特征忽略，仅仅关注其主要特征。该零件全长1 400 mm，最大外圆直径Φ120f6，形位公差要求如下：其一，内孔中心线全长要求直线度Φ0.02、圆柱度0.02；其二，内圆表面粗糙度要求Ra1.6，外圆表面粗糙度要求Ra3.2。

可以看出，与一般的零件相比，该工件的长度较大、筒壁薄，没有较高的形位公差要求，如果缺乏合理有效的加工工艺，工件的质量将难以保证[1]。

在对超薄筒状零件进行加工时，存在着几个难点。

（1）容易变形。零件自身厚度较小，在加工过程中，如果装夹方法不当，就可能会出现变形。在传统的工件加工中，通常都是首先对内孔或者外圆进行加工，然后利用夹具夹持内孔加工外圆，或者夹持外圆加工内孔。这样虽然能够将工件牢固地固定在机床上，但是很容易导致零件自身的弹性变形，影响其尺寸和形位公差，严重的甚至可能会导致零件的报废。不仅如此，在对零件进行测量时，同样容易变形。按照一般工件的测量方法，会使用千分尺和内径千分表分别对外圆和内孔进行测量，但是这些测量工具在测量时会产生较大的力，从而导致零件的变形。

（2）刚性弱。零件自身的长径比较大，刚性弱，尤其是在受到径向切削力的影响时，容易出现振颤和变形，无法有效保证零件的同轴度和直线度。

（3）精度要求高。套筒的长度较大，而且内部形位精度要求相对较高，采用一般的加工工艺处理起来非常困难，无论是对加工机床还是加工刀具的综合性能，都有着比较严格的要求。

（4）细节众多：该工件内孔表面需要进行硬质阳极化处理，厚度约为0.03～0.06 mm，因此对于硬质阳极化处理前后的加工精度，要求都非常严格。同时，在经过硬质阳极化处理后，零件内孔和外圆的硬度会出现比较显著的变化，使得其无论是装夹还是加工都变得相当困难，无法有效保证零件的尺寸精度、表面粗糙度以及形位公差等[2]。

2 超薄筒状零件加工精度的影响因素

在对超薄筒状零件进行加工时，原材料的特性、加工工艺等都会对工件的加工精度产生一定影响，需要得到足够的重视，以保证零件加工的精度。

（1）原材料特性。该筒状零件使用的原材料为变形铝合金，硬度相对较低，线膨胀系数大，约为钢铁的2.4倍。因此，在加工过程中，铝合金产生的热变形要远远大于钢铁，这也导致了工件形位公差的控制变得非常困难。同时，由于材料的硬度较低，在加工过程中稍不注意就可能出现划伤，影响工件表面的粗糙度以及形位精度。另外，铝合金材料具有良好的塑性、韧性和粘附性，在加工过程中，切下的碎屑会粘连在工件和刀具上，增大已加工表面的粗糙度。在加工时，钢合金自身较差的刚性使得其非常容易发生变形，在与走刀垂直的方向上可能产生强烈的切削震动，一方面会影响零件自身的表面加工质量，降低精度，另一方面也会缩短机床和刀具的使用寿命。

（2）工艺系统几何误差。工艺系统的几何误差，可分为加工原理上的误差和机床自身的误差。其中，加工原理误差也称理论误差，主要是在对工件进行加工的过程中，采用了近似的加工运动、近似的加工方法以及近似的刀具轮廓，进而产生的原始误差；机床误差则包括了导轨误差、传动链误差以及主轴回转误差。在对零件进行加工时，上述误差可能会通过直接或者间接的途径，传递给工件，对工件的加工精度产生影响[3]。

（3）工艺系统受力变形。零件在加工过程中，受切削力、惯性力、夹紧力以及重力等作用的影响，会产生相应的振动或者变形，破坏刀具与工件的相对位置，使得工件在切削加工中，容易出现波动，产生各种各样的误差。尤其是对于弱刚性薄壁零件而言，切削力和夹紧力的影响特别显著。一旦处理不当，在零件的中间以及两端夹持部位就可能出现变形。

（4）工艺系统受热变形。在对工件进行机械加工的过程中，受各类热源的影响，工艺系统可能会出现复杂的变形，破坏刀具与工件的相对运动，产生加工误差。导致工件热变形的热源主要是切削热，即工件在切削过程中，切削层的金属弹性、塑性变形以及刀具与工件相互摩擦产生的热量，这些热量传递给工件后，会使得工件受热变形，影响最终的加工精度。

（5）内应力。工件的加工中不仅会受到外部荷载的作用，在其内部同时也存在有内应力，内应力同样会对工件的加工精度造成影响，尤其是切削加工产生的内应力，对于加工精度的影响非常明显。在对工件进行切削加工时，表面层在切削力以及切削热的共同作用下，会对工件各部分产生不同程度的塑性变形，也可能会导致零件体积的变化，产生内应力，该内应力属于切削加工内应力，会导致工件丧失原有的加工精度。

3 超薄筒状零件加工技术

（1）加工工艺优化。在对该套筒零件进行加工时，应该结合工件的结构特点，对加工工艺流程进行合理安排。对于技术人员而言，在对工艺流程进行安排时，需要考虑各方面的影响因素，如加工方法、装夹方式、加工基准、刀具选择、工序衔接等。具体的加工工艺为：粗加工、热加工、半精加工、时效处理以及最终的精加工。

（2）机床误差排除。车床是对超薄筒状零件进行加工的主要设备，而由于零件并非大批量生产，因此在加工过程中，为了提高效率，一般采用的是粗车机床与精车机床同时加工的方式。在加工前，应该使用检验棒检测机床的相关指标参数，同时对误差超出允许范围的指标进行调整，保证机床精度，降低加工过程中的误差，保证零件的加工质量[4]。

（3）系统刚性强化。一是对中心架进行改造。为了保证零件表面的加工质量，对工艺系统的刚性进行强化，需要对设备配套的中心架进行改造。在原本的加工设备中，中心架采用的是硬点接触，支撑面相对较小，刚性差，在工件转动时，较大的摩擦力会导致工件温度升高，影响工件表面的粗糙度。而为了对接触条件进行改善，提升加工质量，在中心架的接触点上设置三个滚动轴承，将原本的滑动接触转变为滚动接触，在增大接触面积的同时，减少工件之间的摩擦力，改善工件的受力情况。二是对刀杆的改造。由于该零件的长度较大，在对内孔进行加工时，考虑到加工精度和加工质量，应该尽可能提升刀杆的刚性，以减少加工震动。因此，需要对刀杆进行改造，设置两套不同直径、不同刚性的刀杆，分别用于粗加工和细加工。

（4）合理设置参数。从零件使用的原材料特性考虑，选择硬度高、散热快、切削力小的硬质合金刀具，根据粗细加工的具体要求，对刀具的角度参数和切削用量进行合理设置，保证零件的加工质量。

（5）装夹方式选择。在对超薄筒状零件进行加工时，为了避免卡爪在加紧工件时导致的端部变形，应该合理选择装夹方式。在精加工的过程中，可以制备具备良好弹性的开缝套筒，将零件嵌入套筒中进行固定，将原本三爪卡盘的三点接触变为整圆抱紧，这样，不仅能够对夹紧力进行改善，还能够有效减少工件端部的变形。

（6）冷却方式改良。为了尽可能减少切削发热对于工件精度的影响，在对该工件进行加工的过程中，选择专用的铝合金冷却液，提升冷却效果，减少工件加工过程中的热变形，确保加工精度和加工质量[5]。

4 结语

总之，薄壁零件的加工是零件加工中一个非常关键的内容，工件的尺寸不同，使用的材料不同，对于加工技术的要求也不同。在超薄筒状零件加工中，相关技术人员应该结合工件自身的特点，明确加工中的难点问题，对可能影响加工精度的因素进行分析，采取切实有效的措施，保证零件的加工精度，确保零件性能的有效发挥。

参考文献

[1] 左占库.超薄壁筒状零件机械加工工艺方法探讨[J].装备制造技术，2015（2）：28-29.

[2] 张诗军，赖小明，梁岩里.薄壁长套筒的加工工艺方法[J].机械工程师，2010（8）：136-139.

[3] 梁齐，李延平，陈桂梅，等.薄壁套筒零件加工工艺[J].金属加工：冷加工，2013（2）：35.

[4] 高湘，于铁柱，谢明清.超长薄壁套筒加工工艺[J].金属加工：冷加工，2014（14）：36-37.

[5] 朱春江.防止薄壁套筒加工变形的加工工艺[J].金属加工：冷加工，2010（14）：27-28.