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【摘 要】本文分析了影响薄壁零件加工精度的主要因素，提出了改进措施，为其他薄壁零件的加工提供了借鉴。
【关键词】薄壁零件 加工
引言
薄壁零件的质量轻、壁厚薄、用料省、结构紧凑，应用广泛。但是薄壁零件由于自身结构特点，致使刚度差，强度低、工艺性较差，加工过程中很难保证其精度，从而影响了零件的使用性能。如何提高薄壁零件的加工精度已成为机械加工行业重点讨论的问题。
1 影响薄壁零件加工精度的主要因素
1.1 受力变形产生的影响
工件夹紧时产生的力以及热处理时产生的内应力等，都能影响壁薄零件的精度等级和形位误差。切削机床的夹具、刀具和工件所组成的加工工艺系统，在切削加工时产生的各种作用力，都会使薄壁零件产生相应的变形。这些变形将破坏工艺系统间已调整好的正确位置关系，从而产生加工误差。例如车削加工细长轴时，工件在切削力作用下会产生弯曲变形，加工后会产生圆柱度误差。由受力变形而引起的加工误差主要包括切削力引起的工件形状误差以及由切削力变化而引起的加工误差。即在切削加工中，往往由于被加工零件表面的几何形状误差引起切削力的变化而造成工件的加工误差。
1.2 受热变形
切削热会引起工件热变形，使薄壁零件尺寸难于控制。机械加工中，工艺系统在各种热源的作用下产生一定的热变形。在此影响下破坏了刀具与工件的准确位置以及准确的相对运动关系而产生加工误差。工艺系统的热源由外部热源和内部热源构成。外部环境温度和周围的热辐射形成的是外部热源。外部热源产生的热量会导致机床、工件以及刀具的热变形。内部热源来自于切削加工过程，主要包括切削热、摩擦热、派生热等。
1.3 振动变形
在切削力作用下，很容易使薄壁零件产生振动和变形。在这种振动和变形的影响下，使被加工工件的尺寸精度、形状误差和表面粗糙度发了变化。零件受到一个周期变化的外力干扰而产生的振动被称为强迫振动。其形成原因主要包括机床电机的振动、旋转件的动平衡引起的振动、机床传动机构缺陷引起的振动，如齿轮的侧隙、皮带张紧力的变化等、切削过程中的冲击引起的振动、往复运动部件的惯性力引起的振动等。对于刀具或做回转运动的机床，振动还会影响回转精度。由振动系统本身在振动过程产生的交变载荷所引起的振动，或者由于刀具刚性不好、刀具几何角度不合理而引起的振动就是自激振动。即使在不受到任何外界周期性干扰力的作用，振动也会发生，从而使自激振动加剧。
2 提高薄壁零件加工精度的方法
2.1 改善被加工零件的结构
设计薄壁零件时要充分考虑其结构是否合理，合理的结构直接关系到零件的加工精度。设计时除了考虑零件的装配和使用性能外，还应注意以下几个方面的问题。一是薄壁零件对称的结构能使受力均匀、不易变形；二是为了减少零件在热处理或者工作过程中，由于应力集中而产生变形，尽量避免薄壁零件在厚度上的突变，尽量避免转角过于突然；三是在零件开槽、开口等部位设计加强筋保证良好的加工精度，减小零件受力后变形。
2.2 合理的装夹
在加工时，不能直接使用三爪卡盘直接装夹薄壁零件。因为三爪卡盘的夹紧力集中在三点，使零件极易发生变形。可以通过增大夹持面积改善装夹效果。为了增加薄壁零件的夹持面积，可以使用开缝夹套，扇形爪等辅助工具。即将三爪卡盘的径向夹紧接触由线接触变为面接触，同时增加接触的长度，使夹紧力均匀分布在工件上，减少了工件的受力变形。
2.3 合理的刀具几何角度
薄壁零件加工过程中，零件的表面质量和热变形与刀具的几何角度有关。
（1）合理的前角。增大前角，车刀变锋利，切削力减小，切削变形小。但刀头强度减小，散热体积减小，使散热条件变差，易使切削温度升高，加剧了刀具的磨损。加工脆性材料或硬度较高的材料时应选择较小的前角；加工塑性材料或硬度较低的材料时应选择较大的前角。精加工时应选择较大的前角；粗加工时应选择较小的前角。高速钢材料的车刀前角一般应小于硬质合金材料的前角。
（2）选择合理的刀具后角。后角大小对刀具耐用度和加工表面质量有很大影响。增大后角，摩擦力减小，切削力也相应减小，但刀具强度减弱。在车削薄壁零件时，精车取较大的后角，粗车取较小的后角。
（3）刀具主偏角的选择。主偏角较大时，使径向切削力减小而轴向切削力增大。根据薄壁零件的结构和加工特点，主偏角通常取较大值。
2.4 合理选择切削用量
切削力的大小，与进给量和背吃刀量成正比关系。同时增大进给量和背吃刀量，切削力增大，产生的变形也大，对薄壁零件造成的影响更大；增大进给量而减少背吃刀量，切削力虽然有所下降，但会使表面粗糙度值增大，同时增加了薄壁零件的内应力、使薄壁零件发生变形。因此在粗加工时，取较大背吃刀量和进给量；精加工时，取较小的背吃刀量。
2.5 采用高速切削
高速切削加工时的切削速度是普通切削速度的5～10倍。高速切削时产生的温度、切削力超过一定数值以后，反而会使切削温度和切削力下降。高速切削的优越性有以下几点。
（1）能减小零件加工变形。高速切削时采取了极小的切削深度和切削宽度，较常规切削状态下的切削力有所减小，有利于零件加工精度的保证。
（2）零件热变形小。高速切削加工时所产生的切屑带走了大部分切削热，零件温度不是很高，零件的热变形也相应较小，零件的加工精度易于保证。
（3）切削振动小。高速切削加工时，零件结构工艺系统的振动频率范围小于刀具切削的激振频率，工艺系统的受迫振动明显得到改善，零件的加工精度得到提高。
2.6 选择合理的切削液
充分使用切合理的削液可以提高刀具在车削过程中的耐用度，降低工件的表面粗糙度，减小切削热，提高零件加工精度。
（1）粗加工。使用高速钢刀具粗加工时，以降低切削温度为主要目的的水溶液冷却为主；精加工以及中、低速精加工时，以改善已加工表面的质量和提高刀具使用寿命为主要目的，应该选用浓度高的极压乳化液或润滑性能好的极压切削油。使用硬质合金刀具粗加工时，可以连续且充分地浇注低浓度的乳化液或水溶液。
（2）精加工。加工时可采用与粗加工时基本相同的切削液，但应以提高润滑性能为主。
结语
虽然薄壁零件在刚度、强度、工艺性等方面不及普通零件，但只要制定合理的加工工艺，采用更加合理的加工方法，就可以提高其加工精度。以上几个方面的改进措施很好地解决了加工精度不高的问题，经济效益明显。
参考文献
[1]肖清智.机械制造基础.北京：机械工业出版社，2001.
[2]李伟光.现代制造技术.北京：机械工业出版社，2001.
[3]陈德兰.控制薄壁零件变形的工艺措施[J].装备制造技术，2010.
【关键词】薄壁零件 加工
引言
薄壁零件的质量轻、壁厚薄、用料省、结构紧凑，应用广泛。但是薄壁零件由于自身结构特点，致使刚度差，强度低、工艺性较差，加工过程中很难保证其精度，从而影响了零件的使用性能。如何提高薄壁零件的加工精度已成为机械加工行业重点讨论的问题。
1 影响薄壁零件加工精度的主要因素
1.1 受力变形产生的影响
工件夹紧时产生的力以及热处理时产生的内应力等，都能影响壁薄零件的精度等级和形位误差。切削机床的夹具、刀具和工件所组成的加工工艺系统，在切削加工时产生的各种作用力，都会使薄壁零件产生相应的变形。这些变形将破坏工艺系统间已调整好的正确位置关系，从而产生加工误差。例如车削加工细长轴时，工件在切削力作用下会产生弯曲变形，加工后会产生圆柱度误差。由受力变形而引起的加工误差主要包括切削力引起的工件形状误差以及由切削力变化而引起的加工误差。即在切削加工中，往往由于被加工零件表面的几何形状误差引起切削力的变化而造成工件的加工误差。
1.2 受热变形
切削热会引起工件热变形，使薄壁零件尺寸难于控制。机械加工中，工艺系统在各种热源的作用下产生一定的热变形。在此影响下破坏了刀具与工件的准确位置以及准确的相对运动关系而产生加工误差。工艺系统的热源由外部热源和内部热源构成。外部环境温度和周围的热辐射形成的是外部热源。外部热源产生的热量会导致机床、工件以及刀具的热变形。内部热源来自于切削加工过程，主要包括切削热、摩擦热、派生热等。
1.3 振动变形
在切削力作用下，很容易使薄壁零件产生振动和变形。在这种振动和变形的影响下，使被加工工件的尺寸精度、形状误差和表面粗糙度发了变化。零件受到一个周期变化的外力干扰而产生的振动被称为强迫振动。其形成原因主要包括机床电机的振动、旋转件的动平衡引起的振动、机床传动机构缺陷引起的振动，如齿轮的侧隙、皮带张紧力的变化等、切削过程中的冲击引起的振动、往复运动部件的惯性力引起的振动等。对于刀具或做回转运动的机床，振动还会影响回转精度。由振动系统本身在振动过程产生的交变载荷所引起的振动，或者由于刀具刚性不好、刀具几何角度不合理而引起的振动就是自激振动。即使在不受到任何外界周期性干扰力的作用，振动也会发生，从而使自激振动加剧。
2 提高薄壁零件加工精度的方法
2.1 改善被加工零件的结构
设计薄壁零件时要充分考虑其结构是否合理，合理的结构直接关系到零件的加工精度。设计时除了考虑零件的装配和使用性能外，还应注意以下几个方面的问题。一是薄壁零件对称的结构能使受力均匀、不易变形；二是为了减少零件在热处理或者工作过程中，由于应力集中而产生变形，尽量避免薄壁零件在厚度上的突变，尽量避免转角过于突然；三是在零件开槽、开口等部位设计加强筋保证良好的加工精度，减小零件受力后变形。
2.2 合理的装夹
在加工时，不能直接使用三爪卡盘直接装夹薄壁零件。因为三爪卡盘的夹紧力集中在三点，使零件极易发生变形。可以通过增大夹持面积改善装夹效果。为了增加薄壁零件的夹持面积，可以使用开缝夹套，扇形爪等辅助工具。即将三爪卡盘的径向夹紧接触由线接触变为面接触，同时增加接触的长度，使夹紧力均匀分布在工件上，减少了工件的受力变形。
2.3 合理的刀具几何角度
薄壁零件加工过程中，零件的表面质量和热变形与刀具的几何角度有关。
（1）合理的前角。增大前角，车刀变锋利，切削力减小，切削变形小。但刀头强度减小，散热体积减小，使散热条件变差，易使切削温度升高，加剧了刀具的磨损。加工脆性材料或硬度较高的材料时应选择较小的前角；加工塑性材料或硬度较低的材料时应选择较大的前角。精加工时应选择较大的前角；粗加工时应选择较小的前角。高速钢材料的车刀前角一般应小于硬质合金材料的前角。
（2）选择合理的刀具后角。后角大小对刀具耐用度和加工表面质量有很大影响。增大后角，摩擦力减小，切削力也相应减小，但刀具强度减弱。在车削薄壁零件时，精车取较大的后角，粗车取较小的后角。
（3）刀具主偏角的选择。主偏角较大时，使径向切削力减小而轴向切削力增大。根据薄壁零件的结构和加工特点，主偏角通常取较大值。
2.4 合理选择切削用量
切削力的大小，与进给量和背吃刀量成正比关系。同时增大进给量和背吃刀量，切削力增大，产生的变形也大，对薄壁零件造成的影响更大；增大进给量而减少背吃刀量，切削力虽然有所下降，但会使表面粗糙度值增大，同时增加了薄壁零件的内应力、使薄壁零件发生变形。因此在粗加工时，取较大背吃刀量和进给量；精加工时，取较小的背吃刀量。
2.5 采用高速切削
高速切削加工时的切削速度是普通切削速度的5～10倍。高速切削时产生的温度、切削力超过一定数值以后，反而会使切削温度和切削力下降。高速切削的优越性有以下几点。
（1）能减小零件加工变形。高速切削时采取了极小的切削深度和切削宽度，较常规切削状态下的切削力有所减小，有利于零件加工精度的保证。
（2）零件热变形小。高速切削加工时所产生的切屑带走了大部分切削热，零件温度不是很高，零件的热变形也相应较小，零件的加工精度易于保证。
（3）切削振动小。高速切削加工时，零件结构工艺系统的振动频率范围小于刀具切削的激振频率，工艺系统的受迫振动明显得到改善，零件的加工精度得到提高。
2.6 选择合理的切削液
充分使用切合理的削液可以提高刀具在车削过程中的耐用度，降低工件的表面粗糙度，减小切削热，提高零件加工精度。
（1）粗加工。使用高速钢刀具粗加工时，以降低切削温度为主要目的的水溶液冷却为主；精加工以及中、低速精加工时，以改善已加工表面的质量和提高刀具使用寿命为主要目的，应该选用浓度高的极压乳化液或润滑性能好的极压切削油。使用硬质合金刀具粗加工时，可以连续且充分地浇注低浓度的乳化液或水溶液。
（2）精加工。加工时可采用与粗加工时基本相同的切削液，但应以提高润滑性能为主。
结语
虽然薄壁零件在刚度、强度、工艺性等方面不及普通零件，但只要制定合理的加工工艺，采用更加合理的加工方法，就可以提高其加工精度。以上几个方面的改进措施很好地解决了加工精度不高的问题，经济效益明显。
参考文献
[1]肖清智.机械制造基础.北京：机械工业出版社，2001.
[2]李伟光.现代制造技术.北京：机械工业出版社，2001.
[3]陈德兰.控制薄壁零件变形的工艺措施[J].装备制造技术，2010.