1 前言

      薄壁零件剛性差、易變形，難以保證加（jiā）工精度。薄壁零件加工的變形（xíng）問題,多少年來一直困擾著機械加工行業,是（shì）比較難以解決（jué）的課題。減磨環（如（rú）圖1）屬於典型的薄壁零（líng）件（jiàn），壁（bì）厚為5.4mm，精度要求高（gāo），直徑（jìng）公差（chà）僅為0.05mm。本文結合減磨環的加工對薄壁零（líng）件（jiàn）加工產生變形的（de）原因進行了係統的分析，並提出了減磨環加工（gōng）預防變形的（de）工藝措施。

      2 薄壁零件加（jiā）工變形（xíng）的原（yuán）因

      薄（báo）壁零件加工產生變形的原因很多,現（xiàn）主要從以下幾個方麵分（fèn）析:

      2.1 裝夾（jiá）變形

      因零件壁薄，在裝夾過程中由於夾（jiá）緊力過大或受力不均引（yǐn）起的變形從而影響零件的尺寸精度和形（xíng）狀精度，所以（yǐ）必須選擇合理的裝夾方式。

      2.2 切削變形（xíng）

      2.2.1 切削力變形

      在（zài）切削力（特（tè）別（bié）是徑向切（qiē）削力）的作用下，很容（róng）易產生振動和變形，所以需要選用合適的刀具及切削（xuē）參數，采用適（shì）當的輔助措施避（bì）免、減小由切（qiē）削力引起的變形。

      2.2.2 切削熱變形

      由於零件本身材（cái）質和壁薄的特（tè）點，切削熱會引起零件的熱變形，使零（líng）件尺寸難以控製，所（suǒ）以控製切削過（guò）程中的發熱顯得（dé）至關重要。

      2.3 殘餘應力變形

      毛坯（pī）經（jīng）過熱成形後, 冷卻過程中產生內應力, 切削後（hòu）內應力重新分布（bù）引起變形, 所以需要采用熱處理來消（xiāo）除內應力, 減小殘（cán）餘應力引起的變形。

      通過對薄（báo）壁零件加工產生變形的原因（yīn）進行分析，我們知道（dào）在加工減磨環的過程中需要采（cǎi）取各種工（gōng）藝措施控製減磨環加工（gōng）產生變形。

      3 薄壁零（líng）件加工變形（xíng）的控（kòng）製

      為控製（zhì）減磨環（huán）加工變形，以下從（cóng）零件裝夾、切（qiē）削（xuē）、殘餘應力的角度控製加（jiā）工（gōng）變形。

      3.1 控（kòng）製（zhì）裝夾變形的方法

      3.1.1 扇形軟爪應用

      為了使零件裝（zhuāng）夾（jiá）時在圓周方向上（shàng）受力均衡，需要增大夾具與零件的接觸麵積。可以將三爪卡盤與零件的接觸麵加寬，並（bìng）且將其與零（líng）件接觸的麵與零件夾緊麵配車，這種（zhǒng）夾緊裝置即所謂（wèi）的（de）扇形軟爪。由於扇形軟爪與零件的接觸麵配（pèi）車而成，夾緊時可以充分接觸，使零件（jiàn）的受力（lì）均衡並具有很好的同心度，而且零件的裝（zhuāng）夾也快捷（jié）方便。但扇形軟爪的應用不能完全避免變形的產生。

      在減磨環半精車時，我們考（kǎo）慮使用扇形軟爪裝夾工件（jiàn）以（yǐ）減（jiǎn）小變形。經過多次工藝試驗，我們（men）發現減磨環的圓度值在0.05mm 左右，符合我（wǒ）們試（shì）驗初期的（de）設想。所以確定半精車工序選用（yòng）扇形軟爪裝夾（jiá）工件（如圖2）

      3.1.2 軸向夾緊裝置

      如果加工過程（chéng）中將零件徑向（xiàng）夾緊（jǐn）改為軸向夾（jiá）緊，即轉移夾緊力的作用點和方向，零件所需的軸向夾緊力（lì）約為徑向夾緊時夾緊力（lì）的（de）1/6，可見采用軸向夾緊的方式利用很小的夾緊力即可實現（xiàn）零件的可靠裝夾，更有利於減小夾（jiá）緊力，從而減小零件的變形。有時為了實現軸向夾緊需要設（shè）置工藝凸台來（lái）裝（zhuāng）夾零件。

      減磨環精車作為最終成型工序，如果不能很有效的控製變形（即把變形控製在0.02mm 內），加工將麵臨失敗。所以（yǐ）在減磨環精車工序，我們選擇軸向夾緊以有效控製（zhì）變形。為驗證軸向夾緊的效果，我（wǒ）們做了（le）多次工藝試（shì）驗。試驗結果證（zhèng）明軸向夾緊可以有效（xiào）控製變形（xíng）（外圓圓度在0.01mm 左右）。

      3.2 控製切削變形的方法

      3.2.1 刀具的選擇

      減磨環為鑄鐵件HT300，硬度較高。殘餘應力管理技術(RSM)，從不（bú）同的角度討論減小殘餘應力的方法，對於刀具前角，前角每增加1 度，切削溫度及切削力（lì）會降低10％。在刀（dāo）具耐用度（dù）允許的（de）情況下，選用（yòng）較大的刀具前角和後角有利於減（jiǎn）小切削力。刀具主偏角影響切削的徑向力。

      綜合考慮我們選擇山（shān）特維克CCMT 09 T3 04-WF 3215 刀片。刀（dāo）具的前角為正前角，後角為7°，主偏角為93°。

      3.2.2 切削（xuē）參數的選（xuǎn）擇

      切削速度的選擇

      對（duì）於金屬切（qiē）削加工來說, 提高切削速度是提高加（jiā）工效率減少振動的有效手段。但是對於薄壁零件的加工, 切削（xuē）速度在一定程度上影（yǐng）響切削力的大小, 從而影響加工變形的大小, 因此, 需要對（duì）切削速度進行優化選擇。

      根據選擇的刀具和（hé）減磨環的材料特性，我們選擇200m/min 的切削速度。切削深度的選擇削深度對加工振動的影響很大, 切削深度對切（qiē）削振動（dòng）的影響也不一樣, 在滿足加工效率的同（tóng）時, 選擇小的切削深度會降低零件的振動, 使加工（gōng）較為（wéi）平穩。結合刀尖（jiān）半徑0.4mm，為保證減磨環（huán）表麵粗糙度和減小振動，我（wǒ）們選擇（zé）0.3mm 的切削深度。

      進給速（sù）度的選擇

      切削力會隨著進給速度的增（zēng）大而增大,機床的動態柔（róu）度特性（xìng）也可能改變，從而使（shǐ）得加工的穩定性也受到同樣的影響。因此,需要對進給速度進行優化選擇。綜合刀具、減磨環材質、表麵粗糙度和精（jīng）度的要求我們選擇0.2mm/r 的進給速度。

      3.2.3 切削液的選擇

      零（líng）件在加工過程中（zhōng）產生的切削熱是導致零件變形及影響表麵質（zhì）量的因素之一，所以在零（líng）件的（de）切削加工過程中應該進行充分的冷（lěng）卻。合理（lǐ）選擇（zé）切削液可以減小刀具與零件之間的摩擦，改善切削條件，並且帶（dài）走切削區域大量的切（qiē）削熱，使切削溫度降低，切削（xuē）液的（de）流動還可（kě）衝走（zǒu）切削區域和機床（chuáng）導軌上的細小切屑及脫落的磨粒。

      鑄鐵件通常不需要切削液，但（dàn）為了降低減磨環加工的切削溫度，我們選擇了半合成切削液。該切削液具有良好的（de）防鏽、潤滑、清洗、冷卻（què）性能，顯著提高了加工精度。

      3.3 控製殘餘應力變形

      零件在加工過程中，因應力釋（shì）放（fàng）極易變形，工藝方法常采用粗、精加工分開進行，並在粗（cū）加工後進行去（qù）應力處理，即（jí）采用粗加工～去應力熱處理～精加工的流程。對於變形嚴重的高精度零件，還要安排半精加工，並進行多次去應力處理。

      針（zhēn）對減磨環，我們在毛坯、粗車、半精車、精車之間安排了三（sān）次去應力處理（分別為去應力退火、回火去應力、回火去應力）。三次去（qù）應力處理盡可能地釋放了毛坯、粗車、半精車工序產（chǎn）生的殘餘應力，保證了最終精車的精度。

      3.4 控製（zhì）薄壁（bì）零（líng）件（jiàn）加工變形方法的工藝（yì）固化（huà）

      隨著數控機床（chuáng）的普及應用（yòng），許多控製薄壁零件（jiàn）變形的措（cuò）施得以用程序固化，避（bì）免了因操作者的穩定（dìng）性而出現質量差異的情況。因此在減磨（mó）環的加工過程中我們使（shǐ）用了數控車床、專用夾具，編製了（le）作業指導書等措施。這些措施有（yǒu）效地保證了（le）工藝過程的穩定性。

      4 結論

      以上是針對減磨環加（jiā）工采取的工（gōng）藝方案，經實踐（jiàn）證明（míng）該方案是行之有效的。