薄壁筒类零件车削加工方法
摘 要：薄壁筒类零件是车削加工中典型的薄壁零件，由于壁薄刚性差，加工中容易出现变形、振刀现象，加工质量难以保证。本文以薄壁筒类壳体零件为例，分析薄壁零件的车削加工思路与方法，进一步探讨薄壁零件的车削加工技巧。
关键词：薄壁;变形;振刀;车削加工
0 引言
车削加工中薄壁零件是较难加工的零件，薄壁零件的刚性较差，这类零件在切削力作用下，容易引起热变形，产生振动和变形，影响工件的尺寸精度、形位精度和表面粗糙度，那么如何装夹和控制变形成为提高加工质量和效率的关键。本文以薄壁筒类零件为例，分析与探讨薄壁零件车削加工中出现的问题、解决办法以及加工技巧。
1 薄壁零件常见的加工问题与难点分析
（1）薄壁零件在装夹力作用下极易产生变形，常态下零件的弹性复原能力会影响零件的尺寸精度和形状精度。
（2）薄壁零件刚性差，在加工过程中因受到切削力、切削热以及残余应力的影响而极易产生变形，从而造成零件形位公差与尺寸精度超差。所以控制零件装夹与加工变形是保证薄壁零件加工质量的关键。
2 薄壁筒类零件的车削加工
2.1 薄壁筒类零件的车削难点
薄壁筒类零件通常其零件外形直径D与壁厚δ之比通常为50-200，壁厚一般在0.5-3mm之间。在生产过程中，存在不易装夹、容易振刀，尺寸不稳定等现象，车削困难较易出现质量问题。薄壁筒类零件在车削时，由于圆周壁薄径向受力最影响零件的尺寸和精度，其技术难点是如何根据具体的零件结构特点，采取合适的装夹方式和夹具，分散和减小对零件径向的夹紧力。如图1所示，就是一个典型的薄壁筒类壳体零件，零件材料为铝合金2A12、φ200×175的实心棒料，零件壁厚2～3mm，并且要求内外圆同轴度不超过0.1，最严公差为0.05mm，加工难度大。
2.2 薄壁筒类零件的车削方法
2.2.1 零件加工工艺方法
针对壳体零件的结构特点和来料状况，考虑粗加工、时效、精加工的工艺路线，先粗车，时效后再精车外圆及右侧内孔尺寸。由于零件加工余量大，外部沟槽处已经接近薄壁状态，在粗车加工时，也应先去除内外圆余量，再以零件左端较厚处装夹，半精车零件外部沟槽处、外圆和内孔。精加工时，则如图2所示，为保证零件的内外圆同轴度，采取以左侧内腔和端面定位，用尾座顶尖顶住后堵头压紧零件右端面的装夹方法，精车零件外圆各部位尺寸。用压板轴向压紧左侧工艺台阶，零件不松动，再移去后堵头，精加工车削右侧内孔尺寸。这样零件在不移位的后堵头与压板的装夹中等同于一次装夹精车保证内外圆的同轴度和尺寸。
2.2.2 减小受力变形与振刀
由于车削该薄壁筒类零件要求车床设备精度较高，对于一般车床，必须调整机床主轴回转中心与尾座顶尖中心之间的同轴度。由于切削用量较大，相应轴向受力也增大，可采用反车法从主轴向尾座方向加工，将顺车的压力变为反车的拉力，减小零件的变形。采用先车削内孔后车削外圆时，切削余量尽可能的留在外圆上，且留余量适当，有利于减少装夹变形和车削内孔时零件的刚性，减少车削时振刀现象。
如图2所示，采取芯轴法装夹定位，精车外圆时，尾座以顶尖辅助支撑顶紧零件右端面，用四个压板压紧零件左侧外圆台阶的轴向压紧法，尽可能增大压板的压紧面，避免压板压紧力过于集中，提高薄壁零件的刚度，减小零件在车削过程中产生的变形。
为了避免车削时产生振刀现象，车削外圆时可在零件内孔中充填软性橡胶衬套等材料，车削内孔时可以在零件外圆薄壁处，如图2壳体零件的两个外圆处，包裹两个半圆形衬套或开口衬套，都可以增加精车外圆或内孔时的零件“壁厚”，进一步增强薄壁筒壳体零件的刚度。
车刀的选择，除了选择90度主偏角的大前角锋利车刀，切削力小外，对薄壁筒类零件，由于零件内孔直径较大，必须考虑内孔车刀在不影响车削的情况下，尽可能增大刀杆的横截面积，缩短刀杆伸出长度。这类零件由于直径尺寸较大，一般采用自制粗刀杆加上装夹机夹式小车刀的组合式刀具。
2.2.3 减小零件热变形
因为一般薄壁筒类零件的直径和长度尺寸都比较大，在零件温度升高少许时就会引起零件尺寸不小的变化，进而影响零件的尺寸精度，所以必须注意在车削过程中采取措施减小零件热变形对零件尺寸精度的影响。减少零件的热变形主要可采取以下措施：加注切液充分冷却，减少工件的温升引起热变形;刀具保持锋利，以减少车刀与零件之间的摩擦发热;使用弹性回转顶尖，用弹性回转顶尖顶住后堵头，可有效补偿工件的热变形伸长。
3 薄壁零件的车削加工方法与技巧
通过对薄壁筒类零件的车削加工的分析研究，再结合薄壁零件加工的具体实践，可以初步探究出薄壁零件车削加工的方法与技巧。
（1）根据薄壁零件的结构特点，考虑合适的工艺方法。分开粗、精车，粗车后工件温度升高，此时进行精车将产生较大的热变形，需先粗车后工件充分冷却和释放残余内应力，必要时进行适当热处理，然后再精加工。采用扇形软卡爪、弹性涨力心轴、轴向夹紧夹具等装夹方法，增加夹紧力的作用面积，减小夹紧力产生的变形。
（2）合理选择夹紧力的大小、方向和作用点。粗精车采用不同的夹紧力，粗车时稍大些，精车时稍小些。夹具夹紧力应作用于零件剛性好的部位，或者增加工艺夹头、堵头，并尽可能靠近零件的加工表面，薄壁筒类零件一般先加工壁厚较厚的部位，最后加工壁厚最薄的部位，确保夹紧力始终作用于零件较厚的部位。
（3）合理调整机床间隙，合理选择车刀材料及车刀几何参数。在不影响车削的情况下，尽可能增大刀杆的横截面积，缩短刀杆伸出长度，以增加刀杆刚性。
（4）车削过程中，保持刀具锋利，车削薄壁零件时应减小切削深度，降低切削速度，以减小切削力和切削热。充分浇注切削液，以减小切削力和切削热对零件变形的影响。
（5）如果车削过程中还出现振刀现象时，可以用软橡衬套、泡沫塑料、软布包等软性吸振材料填充或者包裹零件，能够有效减小振动和消除噪声。
4 结论
综上所述，薄壁筒类的车削加工，应根据零件材料、薄壁结构和精度要求，安排合理的车削工艺步骤，制作适合薄壁零件结构的工装夹具，以及选择合适且锋利的车削刀具，在加工过程中注意采取措施消除振刀和热变形。
参考文献：
[1]劳动和社会保障部教材办公室组织编写.车工工艺学[M].北京：中国劳动社会保障出版社，2005（06）.
作者简介：陈方国（1980-），男，江西九江人，本科，高级工程师，主要从事精密机械加工技术工作。
