姜雨昂

摘 要：薄壁零件在加工的过程中非常棘手，究其原因，主要是薄壁零件的强度比较低，在进行加工的过程中，往往会出现一定程度的变形，无法有效地控制零件的加工质量。所以当前如何保证薄壁零件的加工精度逐步成为人们重点关注的问题。

关键词：高精度薄壁零件;钛合金;加工;装夹

中图分类号：TH162 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2019）19-0072-02

1 薄壁零件的概述

1.1 薄壁零件的定义

如果零件的结构尺寸和曲率半径和厚度之比超过20时，我们叫这种零件为薄壁零件。薄壁零件的特点非常突出，一般情况下结构尺寸远远超过其厚度，呈现平板形或者圆环形。薄壁零件的组成材料一般有塑料、一些复合合金以及钛合金。各种材料所加工的薄壁零件由于其材料特性的不同，应用于不同的场合，可以符合各种各样的市场需求。

1.2 薄壁零件的应用现状

薄壁零件在当前航空航天领域应用较为广泛，具有结构紧凑，而且自身重量轻等诸多优点。随着技术水平的逐步提高，在后期会逐步应用于其他领域当中。然而，从加工方法和加工工艺的角度进行分析，由于薄壁零件自身刚度相对较低，因此在加工工件的时候很容易出现变形，这也是导致薄壁零件无法大规模进行应用的一个重要原因，尤其是使用传统方法进行加工的时候，成品率较低。

1.3 薄壁零件的加工方法改进的趋势

本文主要分析钛合金薄壁零件的高精度加工技术。薄壁零件通常使用的是加强筋，这也是薄壁零件质量轻的重要原因。在进行薄壁零件制造的过程中，各种规格不同、用途不同，零件的形状各异，然而薄壁零件在加工的过程中，由于其自身特性，加工难度较大，而且因为薄壁的刚度相对较低，在加工时，容易出现扭曲变形等问题，造成薄壁零件的成品率不高，由此可见，在分析薄壁零件加工工艺和技术的过程中，合理的进行工艺优化，加强创新，保证保密零件的良品率是非常重要的，是加快薄壁零件加工行业快速发展的重要基础。

2 对钛合金高精度薄壁零件加工精度产生影响的因素分析

在进行薄壁零件加工的时候，对钛合金高强度薄壁零件加工精度产生影响的因素多种多样，通常而言，所使用的机床、加工的刀具以及工件的自身属性都会影响薄壁零件的加工精度，比如说如果工件自身的刚度无法达到要求，在加工的时候很有可能产生形变等问题，造成精度出现一定的损失，因此在加工的时候一定要注意有效的控制工件产生形变的问题，让薄壁零件加工的精度进一步提高。

2.1 加工过程中切削力和切削热影响零件，产生变形

加工薄壁零件的过程中，其工艺参数对薄壁的加工精度有着直接的影响。因为钛合金薄壁零件具有较低的弹性模量。在将零件表面加工完成之后，很容易出现较大的回调，这样会造成刀具的后刀面和加工表面的面积进一步增大，直接影响保密零件的加工质量和加工精度，另外会导致刀具在使用的过程中大幅度的磨损，影响其耐用性。与此同时，在加工的过程中，如果切削力比较大，很容易达到或者超过材料的弹性极限，最终会造成零件出现塑性形变，另外切削热也是对零件加工质量产生影响的重要原因。切削热主要是因为切削过程中切屑和零件表面出现摩擦而导致的，如果加工的过程中切削弱较大，可能会造成工件表面的温度受到影响，导致零件的形变情况大幅度增加。在加工的过程中无法保证零件的加工精度，另外也会导致零件的表面质量出现较大的影响。

2.2 装夹过程中出现的问题对零件变形的影响

在薄壁零件加工的过程中，装夹部分是非常重要的，装夹工艺的好坏对薄壁零件的加工精度以及加工质量起着决定性的作用。在薄壁零件加工的过程中一定要控制夹紧力、夹紧点的位置以及加紧方案。如果夹紧力或者夹紧位置不合适，无法达到要求，很容易造成零件产生扭曲形变等情况，对零件的加工精度产生一定程度的影响。尤其是使用机床加工薄壁零件的过程中，一定要重视装夹工艺，通过数据分析发现，由于装夹工艺的影响而导致加工出现误差的薄壁零件达到废品率的1/3～1/2。与此同时，在加工薄壁零件的时候，切屑力和夹紧力的波动效应会出现耦合作用，造成零件内部出现残余应力和加工残余应力重新分布，这样会直接影响零件的加工精度和质量，因此一定要重视薄壁零件的装夹工作，让薄壁零件的装夹工艺水平进一步提升，避免加工的时候出现零件扭曲形变等问题。

2.3 残余应力造成变形出现

具体分析薄壁零件的残余应力，主要可以分成两种。首先是在薄壁零件形成时出现的初始残余应力。因为很多时候薄壁类零件是拼接合成产生的，在加工的时候会直接产生较大的残余应力，另外是已加工表面的残余应力。在薄壁零件加工的过程中，很有可能将零件毛坯原有的应力平衡打破，在此过程中零件内部的应力需要重新分布，会造成零件出现一定的变形。

3 如何优化钛合金高精度薄壁零件加工的工艺

3.1 加强工件的装夹控制

因为薄壁零件相对较薄，刚度较低，这样在抵抗弹性形变的过程中能力不强，因此在工件加工的时候，装夹也会对工件的形变产生一定的影响，装夹主要是对工件起固定的作用，通过装夹来对工件进行定位，并且確保工件加工过程中不会随意偏移，保证加工的稳定性。如果装夹位置不合理或者夹紧力较大或较小，都会影响加工过程中的精度，因此一定要对装夹位置进行合理的选择，控制装夹位置呈对称性，选择装夹力的过程中一定要与工件的刚度相结合，合理进行调整。如果当工件的刚度较高，在应用的过程中可以提高夹紧力，但是如果工件的刚度无法达到较高的要求，一定要合理的调整夹紧力，防止工件在加工的过程中产生形变，如图1所示。

3.2 合理地设计工件的结构

设计薄壁零件的结构时，不单单需要对零件的使用要求和性能进行分析，还需要了解这种结构在加工时对工件的影响，工件结构不同，所采取的加工方法也不同。为了确保薄壁零件加工过程中具有较高的精度，一定要合理的设计工件结构。通常而言，钛合金板材进行薄壁零件加工的过程中，需要保证具有较高的精度，零件的变形不单单会造成加工过程中良品率不高，装配时产生困难，还有可能导致零件无法符合具体的应用要求。为了防止工件加工时产生较大的形变，一定要对工件设计进行充分的考虑，首先在设计工件的过程中尽量呈对称结构，这样可以有效的控制内力分布不均等问题，其次在设计薄板的过程中一定要控制薄板的厚度相同，在一些转弯、转角的地方，一定要注意加强热处理，防止出现应力集中等情况，合理地对转角进行设计。这样可以让工件的形变情况得到有效的控制。

3.3 重视工件的热处理

工件在进行热处理的时候，一般使用的是淬火以及人工时效处理来进行的。在热处理的过程中，工件的温度出现改变，工件内部会出现一定的相变应力和温度应力，这也是造成工件出现形变的一个原因。另外热处理还不能对原有的机械性能产生改变，因此在对热处理进行应用的过程中需要考虑设置在初加工工作前。总之，一定要保证热处理后，不会对工件产生影响，确保工件的机械性能，对工件热处理产生的形变进行有效控制。

3.4 合理地使用切削液，控制加工工艺和方法

在工件加工的过程中一定要合理的对工艺进行安排，首先需要依照工件的结构和性能的不同，对工序进行控制，尤其需要关注的问题在于一些容易出现形变的部位，需要适当添加或减少工序来让工件形变量减少。在工件粗加工的过程中，一定要预留一定的切削量。另外，加强工件的基准面定位，由于工件的逐步加工，需要时刻修正工件的基准面。因为加工的时候，工件的加工余量逐步减少，也会改变基准面。选择切削液的过程中一定要重点考虑加工的刀具和加工的具体性质，依照工艺的要求以及刀具的使用，合理的选择切削液，让工件加工过程中的效率大幅度提高。

3.5 消除薄壁件的残余应力

薄壁零件的初始残余应力主要是因为毛坯受热而产生的。在加工的过程中。薄壁零件的残余应力会逐步反映出来，因此一定要重点研究残余应力的变化情况，对残余应力的影响进行分析，并且判断和总结如何采取合理的方式进行加工，让残余应力消除，减少对工件出现的影响。尽管薄壁零件的残余应力来源已经非常明确，但是依然无法确定加工过程中残余应力对薄壁零件的影响。由于薄壁零件的残余应力，主要是因为机械因素和热因素共同影响而产生的，所以在控制残余应力的过程中，相关人员采取和很多方法进行使用。当前较为流行的有限元分析方法，这种方法在应用的过程中可以形成完善的薄壁零件有限元模型，具有很强的运算能力，通过数据分析等方式预测残余应力的影响。这种方法具有很大的实用价值，在使用的过程中，不单单可以对薄壁零件变形矫正的结果进行预测，还能够依照具体情况对回弹进行预测。当前将工件毛坯残余消除的方式主要有深冷处理、退火等方法。在这些方法当中，深冷处理应用最为广泛，深冷处理可以将薄壁零件的残余应力有效的减少。另外在处理的过程中可以让零件的强度刚度等大幅度提高，确保零件具有较强的耐磨性，与此同时，深冷处理的过程中还可以改善零件原有的内应力分布情况，让加工残余应力影响零件变形的情况得到大幅度的控制。

4 结语

在薄壁零件加工过程中，形变的原因多种多样，一定要对这些因素进行重点分析，找出主次，及时有效的控制一些关键性的影响因素，对薄壁零件的加工工艺进行改善和优化。本文主要对薄壁零件加工工件出现变形的原因进行分析，并且对薄壁零件加工过程中出现形变的控制方法进行阐述，改进传统的加工方式对薄壁零件进行加工，可以在一定程度上让工件形变的情况得到控制，确保产品的良品率和稳定性。然而需要对各种影响因素进行充分的考虑，合理的对有限元分析进行使用，通过先进的技术方法控制和预测薄壁零件的变形情况，讓薄壁零件的加工质量和加工精度大幅度提高。

参考文献

[1] 李文东.高速铣削薄壁件加工变形控制及工艺优化研究[D].哈尔滨理工大学，2012.

[2] 季明浩.钛合金环形薄壁零件加工工艺研究[J].工具技术，2006，40（2）：44-47.

[3] 郑琪然，曾杰，罗恒雨.航空发动机钛合金薄壁零件的工艺分析[C].探索创新交流-中国航空学会青年科技论坛文集，2004.

[4] 王文仲，张勇，王斌.钛合金高精度薄壁圆环齿轮的加工工艺[J].机械制造，2013，51（5）：90-91.

[5] 孙超.基于刀具和工件刚度特性的钛合金薄壁件切削稳定性研究[D].山东大学，2012.