摘要：薄壁零件在機械加工過程中，容易產生形位誤差。筆者結合多年的實踐工作經驗，通過試驗，總結出了一套零件加工辦法，能有效消除這種誤差。
　　關鍵詞：薄壁零件、機械加工、形位誤差、對策
　　
　　
　　1引文
　　通常，薄壁零件的加工，加工零件容易產生變形，并且引起零件加工后形狀誤差超差甚至報廢，其主要原因在于剛性不足。產生形狀誤差，一般有兩個方面的原因，一是在裝夾過程中，由于工件夾緊力造成工件變形；二是由于機械切削過程中工件產生變形，而這兩種變形都是由于工件彈性變形引起的。工件在外力作用下會產生彈性變形，當外力撤除時，原本正確形狀會會恢復彈性變形，這樣以來，加工的工件就產生了形位誤差。為了有效避免形位誤差的發生，技術人員在工裝設計、夾緊力大小及作用點、刀具的幾何角度等方面進行了大量的試驗與研究，并掌握了一定的規律，為一般薄壁件的加工奠定了基礎。但這些經驗對于超薄壁件(壁厚小于1mm)的零件加工，并不完全適用。我們在生產中遇到了這種超薄壁厚的零件，通過加工實踐，發現了一些特殊現象，掌握了超薄壁件加工的一些規律。
　　2試驗研究分析
　　工件為薄壁桶形，毛坯沖壓制成，材質為1Cr18Ni9Ti,由于沖壓毛坯精度達不到設計要求，要進行機械加工。但由于其壁太薄，給工裝設計提出了特殊的要求:工件夾緊后變形不能大;切削過程中不能引起工件變形。為此我們設計了如圖1所示的工裝。
　　工裝是在普通三爪自定心卡盤的基礎上設計制造而成，在原來卡爪上焊接加長爪，形成一個專用的加長三爪自定心卡盤，卡爪工作部分外徑的尺寸比工件內徑小0.05~0.07mm，間隙太小不易裝卸，間隙太大夾緊后工件會變形，成為三棱形，如圖2所示。
　　工裝的定位直徑為Φ2，如果工裝定位直徑尺寸加工到和工件的孔徑相近，則工件夾緊后變形不大。如果工裝定位尺寸加工后比工件的孔徑小很多，如圖2中尺寸Φ1，夾緊后，由于工件壁很薄，工件將隨著工裝的形狀而變化，變成如圖中虛線所示的形狀，其圓度誤差值如圖中尺寸C所示，大約為工件孔徑與工裝定位直尺寸之差的一半。
　　
　　                               
　　
　                                                                                  　圖2
　　三個卡爪之間的間隙(如圖1所示尺寸a)也不能太大，由于工件壁薄，在切削力的擠壓下會引起局部塑性變形，使加工后工件的已加表面上產生一道棱線。工裝卡爪之間的間隙a值大小，除了與工裝的制造方法有關之外，還與工裝定位尺寸的大小有關，如圖2所示。如果工裝定位尺寸加工到Φ1，此時三個卡爪之間的制造間隙為a，當卡爪撐緊工件后，間隙變為b，顯然b大于a，在工裝制作時，要充分考慮到這一變化。一般情況下，三個卡爪之間的間隙在夾緊后要控制在0.5mm左右。
　　我們采用的工裝制造工藝是：先將毛坯料卡在三爪自定心卡盤上粗車，中間鉆孔，孔的大小與使用關系不大，然后將粗車好的坯料和卡盤三個爪焊牢，用線切割機將坯料等分切割成三個，便形成了專用三爪自定心卡盤的雛形。然后安裝到車床上，精車到要求的尺寸便可使用。
　　切割位置最好在三個卡爪的中間，以保證三個卡爪在工作狀態或外圓修正后始終間隙相等。需要注意的是，此專用三爪工裝精車后不可安裝到其他車床上使用，否則要重新精車。
　　工裝的卡爪工作部分的長度要大于工件的長度，保證在切削時工件的任何地方都能頂實。
　　用這種工裝加工，可使工件的尺寸和形狀誤差控制在要求的范圍之內。但通過檢驗，卻發現工件沒有加工的尺寸發生了變化。在零件圖中，尺寸mm是由沖壓毛坯保證的，其兩個端面都不加工。按一般的經驗，這個尺寸不應該有變化，但經過車削外圓廬Φ61.410.02mm之后再測量此尺寸發現，此尺寸變化了，而且增長量較大。本來合格的零件毛坯通過加工后變成了不合格。為了找到變形的原因和規律，我們進一步做了試驗。試驗在數控車床上分為兩組進行，每組各10件。第一組用新刀片加工，第二組用舊刀片加工，刀片的刀尖角有半徑為0.2mm，背吃刀量為0.3mm，進給量0.08mm/r，轉速為560r/min。
　　為了進一步驗證，我們將第二組工件外圓又加工了一刀，背吃刀量為0.20mm，進給量和切削速度沒有變化，加工外圓。
　　結果表明，用新刀片平均增長0.064mm，用舊刀片平均增長0.166mm，壁厚變薄后進行第二次加工，平均增長0.195mm。
　　尺寸變化的原因分析：
　　在切削過程中，車刀對工件產生擠壓，由于工件壁薄，材質又為塑性較大的奧氏體不銹鋼，于是工件整個壁厚都產生塑性變形。在軸向上，由于工件的結構對軸向變形沒有約束，所以可以自由伸長。壁厚的工件在加工中，也同樣會發生塑性變形，但這種變形只是在工件的表層，相當于工件壁厚的一小部分上，雖然也使工件有伸長的趨勢，但在其他沒有產生塑性變形部分的牽制下，無法自由伸長，只能形成加工應力，見圖3。
　　                              
　　                                                                      圖3
　　從圖3中可以看出，車刀對工件產生擠壓只在已加表面的表層發生塑性變形，發生塑性變形的深度為t，當工件的厚度小于t時，工件的尺寸不會發生變化，只能形成表層的加工應力;當工件的厚度小于c時，工件的尺寸就會發生變化。
　　擠壓產生塑性變形的深度與刀具的鋒利程度有關，刀刃越鋒利，擠壓力越小，所產生的塑性變性也越小，尺寸的變化也越小，反之則相反。
　　在加工過的表面，還經常出現不規則的凸起條紋，凸紋有長有短，成曲線狀寬度有2~3mm。不同于由于工裝三個卡爪之間的間隙d過大而產生的凸紋(此凸紋寬度等于三個卡爪之間的間隙d且成直線形)。
　　如何解釋這種想象呢?在切削中由于刀具對工件的擠壓而產生塑性變形，這種變形不僅體現在軸向，而且在徑向上也有。由于此工件在軸向上沒有約束，可以自由伸長，因而尺寸變化明顯，但在徑向上則不然。由于工件兩端不加工，沒有增大的趨勢，中間部分直徑尺寸的增大受到兩端結構的約束，因而無法自由增大，只能從加工表面中的某一強度較薄弱的地方產生突變，釋放其內部能量。這種突變從切人端的某一地方開始，到加工末端的某一地方結束。開始和結束點是變形能量和工件強度較量的焦點。當變形能量大于工件局部強度時，凸變開始;當工件局部強度大于變形能量時，凸變結束。如果工件強度較均勻，沒有明顯薄弱的地方，工件的加工表面就會變成腰鼓形，即加工后的外圓中間粗，兩端較細，但相差不大，一般直徑只相差0.01~0.015mm。
　　3結束語
　　從以上的一系列現象和測試結果分析，可以得出如下的結論:①在切削過程中，刀具對超薄壁件的擠壓能引起工件整體的塑性變性，這種變形能使工件的相關尺寸產生變化。②切削過程中，刀具對超薄壁件的擠壓力大小與刀具的幾何角度有關，刀具越鋒利，刀尖角越小，擠壓力也越小，工件的變形也越小，反之則相反。③切削過程中，刀具對超薄壁件的擠壓力引起工件尺寸變化的大小與工件材料有關，材料塑性越大，尺寸變化也越大。④工件產生尺寸變化的大小與工件的壁厚有關，壁厚越小，尺寸變化越大。
　　
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