薄壁零件变形分析及改进建议

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摘要：随着我国社会主义经济的快速发展，各行各业都呈现繁荣景象。由于薄壁零件具有质量轻、节约材料、结构较为紧密等优良特点，而被广泛应用于机械加工行业。但是薄壁零件具有口小内大、薄壁、刚性差的缺陷，极易在机械加工过程中发生振动和形变，致使加工过程不能保证加工精度。通过对薄壁零件进行反复的实验，找出在加工过程中零件发生形变的解决策略。本文从实际出发，总结和分析了薄壁零件易发生振动和变形的原因，阐述了控制加工过程中薄壁零件发生振动和变形的有效方法，从而保证加工的精度。

关键词：薄壁零件；变形；分析；方法；

前言

由于薄壁零件具有刚性差、易变形的特点，严重影响了机械加工的精度。薄壁零件的加工易变形的问题一直是困扰着机械加工行业的主要难题。为此，许多国内外的专家学者通过反复的实验和验证，建立了多种动态或静态模型，采用先进的有限元技术对加工过程中的刀具和工件进行分析，并依据结论提出了改进加工的有效方法，从而使得薄壁零件的加工工艺有了一些进步。但在实际生产过程中，我们需要对加工过程中出现的实际变形情况，采用不同的控制措施，以取得较好的生产效率。

影响薄壁零件变形的主要因素

在机械加工过程中薄壁零件发生振动和变形的原因多种多样，具有各个方面的影响因素，首先就是在进行零件的设计时，要对零件的结构、工艺性及刚性进行充分的考虑，不断提高薄壁零件的刚性，尽可能的避免加工过程中零件变形，还要保证薄壁零件的对称结构和均一厚度。在进行零件加工时，选择消除了内应力的毛坯材料。

2.1工件的装夹条件

因为薄壁零件具有较差的刚性，在进行加工过程中，如果夹紧力和承受力的作用位置选择不合适，就会增加薄壁零件的内应力；夹、压所产生的弹力极易造成变形，从而影响了零件的表面尺寸、形状和精度，进而导致薄壁零件的变形。因此，对零件的装夹、定位的合理设计，有助于降低变形的可能性，充分保证加工质量。

2.2加工的残余应力

在机械加工过程中，对零件进行加工时会造成刀具与零件的挤压、刀具前刀面和后刀面与已加工表面的挤压、摩擦等作用，从而增加了薄壁零件内部的加工残余应力。加工残余应力指的是在薄壁零件受到外力作用时，残余应力与外力之间的作用，导致零件局部出现变形，内部应力重新分布，使零件处于一种不稳定的应力状态，而当外力作用消失后，零件内部的应力作用就会发生一定的变化，应力又会重新分配，造成零件的再一次变形，严重影响了加工的精度和质量。

2.3切削力、切削热及切削振动的作用

在薄壁零件加工过程中，即对零件进行切削的过程中，为了克服加工过程中材料的弹性、塑性形变，以及刀具与零件之间的切削和摩擦作用，因此，会产生一定的切削力和切削热，这样更容易造成薄壁零件的振动和变形，从而影响加工的精度和质量。

此外，机械加工的机床、工装具有一定的刚度，切削刀具的材质、角度、参数及零件的冷却散热等加工条件都会对薄壁零件的振动和变形产生影响。而在所有的影响因素中，切削力、夹紧力和残余应力是零件形变的主要影响因素。

薄壁零件变形的改进建议

3.1提高零件的整体刚性

随着薄壁零件的壁厚越来越薄，其刚性也随之下降，大大增加了零件加工的变形可能性。因此，在零件加工过程中，尽可能的充分利用零件未加工的地方，未加工部分是正在切削的支持力，有助于切削过程中的零件处于最佳的刚性状态。例如，腔体类零件自身腔内具有一定的腹板，在进行零件加工的过程中，刀具可以从零件的腔体中间位置进行切削，由中心向四周进行切削。当内腔较深时，也可以按照以上的切削方式对零件进行多层加工。这种切削方法大大降低了零件变形的可能性及所导致的影响，随着刚性的降低，也逐渐降低了由切削所产生的振动。

3.2采用辅助的支撑

在对具有内腔的薄壁零件进行加工时，主要解决问题是装夹力所造成的形变作用。为此，可以采用在零件的腔内加膜胎的方法，提高零件的整体刚性，从而避免零件加工过程中的振动和形变作用；也可以应用石蜡和低熔点合金填充物等措施来增加另加内部的支撑力，从而达到降低形变、提高加工精度的目的。

3.3加强设计工艺，提高零件刚性

对于薄壁零件的加工，要采用增加设计工艺筋条，以此来提高零件的整体刚性，这是工艺设计比较常用的一种方法。依据零件的形状、结构特点，对零件增加合适的工艺筋条，利用这种方式，可以有效地控制零件的变形处于设计精度的范围之内。

3.4对称分层铣削，使应力均匀释放

如果对毛坯材料进行对称分层铣削，使初始的残余应力可以均匀释放，大大减小了加工过程中零件发生振动和形变的概率。而对于板类零件的两面加工，则要应用上下两面去除余量的基本原则，对厚度两面进行交替加工。在进行机械加工时，满足余量依次减少的基本原则，残余应力随交替次数的增加而释放更彻底，有利于零件加工后变形的可能性变小。

3.5刀具下刀方式的优化

刀具下刀方式将会直接影响零件的形变程度和加工质量。如采用垂直进刀的切削方式，就会对腹板产生一个向下的作用压力，从而造成腹板的变形；如采用水平进刀的切削方式，就会对零件的侧壁产生一定的挤压作用，如果刀具的刚性较差则会导致让刀，直接影响了加工的精度和质量水平。

3.6控制薄壁零件加工变形工艺方法的工艺固定化

随着科学信息技术的迅猛发展，数控机床已经得到广泛的应用，使得大部分控制薄壁零件加工变形工艺方法的工艺实现固定化，从而避免了由于操作者的操作对加工质量的影响。因此，在零件加工过程中，要积极引进和应用数控机床、专用夹具，制定科学的、合理的作业指导书。落实这些控制手段，有助于提高加工的质量和精度。

总结

综上所述，本文总结和分析了薄壁零件发生振动和形变的原因，并具有针对性的提出一些有效的改进措施。同时，根据零件的形状、大小及结构特点，实施不同的改进措施，有效的控制薄壁零件加工形变。

参考文献

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[2]于春涛，韩爱芳.航空薄壁零件变形控制方法的研究.《机电信息》.2013年6期

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