薄壁零件装夹变形原因与控制_防止和减少薄壁零件变形的方法

时间：2019-04-21 03:20:01　来源：雅意学习网本文已影响人

　　精密薄壁零件是目前制造业发展的一个重要方向，薄壁零件的装夹是其生产制造中的一个重要环节，但由于工艺不合理，对薄壁零件认识不够等因素造成的装夹变形时有发生。该文分析了薄壁零件装夹变形的产生原因，并提出了一些控制对策。
　　薄壁零件；装夹变形；原因；对策
　　薄壁零件的加工变形，一直是机械加工制造业的一个难题，很多国内外学者都对薄壁零件的加工变形问题进行了分析了研究，使得薄壁零件的加工技术有了一定的突破。实际工作中，要想通过合理的对策解决薄壁零件的加工变形问题，就要首先认清产生变形的原因。
　　1.薄壁零件装夹变形的成因及区分
　　薄壁零件出现变形有很多的原因：在设计零件的过程中，不仅要考虑零件设计结构的工艺性，还要提高零件结构的刚性，防止在加工中出现变形；尽可能保证零件结构对称、薄壁厚度均匀；选择毛坯时，最好选择没有内应力的原材料。在制造系统中，零件加工变形的主要因素有：
　　工件的装夹条件。由于薄壁零件的刚性比较差，加工时不恰当的选择央紧力与支承力的作用点，导致附加应力；夹、压的弹性变形会一定程度上影响零件表面的尺寸精度和形状、位置精度，导致变形。
　　加工残余应力。在零件加工过程中，由于刀具对已加工面的挤压、刀具前刀面与切屑、后刀面与已加工表面之间的摩擦等综合作用，导致零件表层内部出现新的加工残余应力。由于不稳定的残余应力的存在，一旦零件受到外力作用，零件就会在外力与残余应力的作用下产生局部塑性变形，重新分配截面内的应力，去除外力作用后，零件就会受到内部残余应力的作用出现变形。这种由于切削过程中残余应力的重新分布，造成的零件的变形，会严重影响加工质量。
　　切削力和切削热、切削振动。为了避免被加工材料产生弹性变形、塑性变形以及刀具与切屑和工件之间的摩擦，切削过程会产生切削力和切削热，在两者作用下，很容易导致零件振动和变形，进而影响零件的质量。另外，造成零件变形的影响因素还有机床、工装的刚度，切削刀具及其角度、切削参数和零件冷却散热情况等。其中造成零件变形的主要因素是切削力、夹紧力以及残余应力。
　　2.控制零件变形的工艺措施
　　由于零件的整体刚性在加工薄壁零件过程中随着零件壁厚逐渐减小，零件的刚性也会降低，进而导致加工零件的变形增大。因而，在对零件进行切削过程中，最大程度地利用零件的未加工部分，支撑正在切削部分，保证切削时处在最佳刚性状态。如：腔内有腹板的腔体类零件，在加工过程中，铣刀以螺旋线方式从毛坯中间位置下刀进而降低垂直分力对腹板的压力，从深度方向铣到尺寸，再从中间扩张到四周至侧壁。如果内腔深度很大，根据上面的方法进行多层加工。这种方式能够尽可能的降低切削变形，减少了由于零件刚性的降低而出现的切削振动现象。
　　采用辅助支撑。在加工薄壁结构的腔类零件过程中，控制零件的变形就要首先解决由于装夹力造成的变形。因而，可利用腔内加膜胎(橡胶膜胎或硬膜胎)的方式来增加零件的刚性，避免零件在加工过程中出现变形；另外，还可以采用填充法石蜡、低熔点合金等工艺方法，来增加零件的支撑．从而减小变形、提高零件的精度。
　　设计工艺加强筋，提高刚性。对于薄壁零件来说，为了减少变形，可以增加零件的工艺筋条，从而达到加强刚性的目的，这是工艺设计中避免变形的提高刚性常用的手段之一。如在加工长槽过程中，在圆支管右端上下二槽口留3mm加强筋，进行消除零件内部应力处理，用线切割的方式去掉加强筋，最后利用心轴进行校形。这种方式加工的零件，能够最大限度的保证变形在可控制的设计精度范围内。
　　对称分层铣削。均匀释放应力，对称释放毛坯初始残余应力，是有效减小零件的加工变形的又一方法。在处理厚度两面都需要加工的板类零件，可以通过上下两面消除余量均等的原则，施行轮流加工处理，即在上平面去除一定的余量，然后在另一面中也去除相同的余量。在零件加工过程，遵循余量依次递减的原则，轮流的次数越多，其相应释放的应力就会越彻底，零件的变形程度就会越小。
　　刀具下刀方式的优化。刀具下刀方式能够直接影响零件的加工变形。如垂直进刀方式，对腹板有一定程度的向下的压力，会造成腹板的弯曲变形；而水平进刀方式，对侧壁有一定程度的挤压作用，如果刀具刚性不足就会造成让刀，影响加工精度。
　　总而言之，通过上文的分析，了解了造成薄壁零件变形的原因，即分为应力释放变形和受力释放变形。基于此，文章提出了有效的控制薄壁零件变形的方法—选择合理的防变形装夹技术以及数控高速加工优化工艺流程等。同时，还可以根据零件的结构，采用有效的工艺措施和方法，如工序的合理安排，走刀路线的优化等，有效的控制了薄壁零件的变形。
　　[1]陈德兰.控制薄壁零件变形的工艺措施[J].装备制造技术,2010.06
　　[2]沈健，晋华升.薄壁零件夹持变形的计算与分析[J].机械工程师,2011.05
　　[3]胡军.薄壁零件加工及如何减少变形[J].大科技·科技天地,2010.03
　　[4]赵新.薄壁零件加工装夹技术研究[J].新技术新工艺,2009.11

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