1 前言
薄壁零件剛性差、易變形，難以保證加工精度。薄壁零件加工的變形問(wèn)題,多少年來(lái)一直困擾著機(jī)械加工行業(yè),是比較難以解決的課題。減磨環(huán)（如圖1）屬于典型的薄壁零件，壁厚為5.4mm，精度要求高，直徑公差僅為0.05mm。本文結(jié)合減磨環(huán)的加工對(duì)薄壁零件加工產(chǎn)生變形的原因進(jìn)行了系統(tǒng)的分析，并提出了減磨環(huán)加工預(yù)防變形的工藝措施。
2 薄壁零件加工變形的原因
薄壁零件加工產(chǎn)生變形的原因很多,現(xiàn)主要從以下幾個(gè)方面分析:
2.1 裝夾變形
因零件壁薄，在裝夾過(guò)程中由于夾緊力過(guò)大或受力不均引起的變形從而影響零件的尺寸精度和形狀精度，所以必須選擇合理的裝夾方式。
2.2 切削變形
2.2.1 切削力變形
在切削力（特別是徑向切削力）的作用下，很容易產(chǎn)生振動(dòng)和變形，所以需要選用合適的刀具及切削參數(shù)，采用適當(dāng)?shù)妮o助措施避免、減小由切削力引起的變形。
2.2.2 切削熱變形
由于零件本身材質(zhì)和壁薄的特點(diǎn)，切削熱會(huì)引起零件的熱變形，使零件尺寸難以控制，所以控制切削過(guò)程中的發(fā)熱顯得至關(guān)重要。
2.3 殘余應(yīng)力變形
毛坯經(jīng)過(guò)熱成形后, 冷卻過(guò)程中產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力, 切削后內(nèi)應(yīng)力重新分布引起變形, 所以需要采用熱處理來(lái)消除內(nèi)應(yīng)力, 減小殘余應(yīng)力引起的變形。
通過(guò)對(duì)薄壁零件加工產(chǎn)生變形的原因進(jìn)行分析，我們知道在加工減磨環(huán)的過(guò)程中需要采取各種工藝措施控制減磨環(huán)加工產(chǎn)生變形。
3 薄壁零件加工變形的控制
為控制減磨環(huán)加工變形，以下從零件裝夾、切削、殘余應(yīng)力的角度控制加工變形。
3.1 控制裝夾變形的方法
3.1.1 扇形軟爪應(yīng)用
為了使零件裝夾時(shí)在圓周方向上受力均衡，需要增大夾具與零件的接觸面積。可以將三爪卡盤(pán)與零件的接觸面加寬，并且將其與零件接觸的面與零件夾緊面配車，這種夾緊裝置即所謂的扇形軟爪。由于扇形軟爪與零件的接觸面配車而成，夾緊時(shí)可以充分接觸，使零件的受力均衡并具有很好的同心度，而且零件的裝夾也快捷方便。但扇形軟爪的應(yīng)用不能完全避免變形的產(chǎn)生。
在減磨環(huán)半精車時(shí)，我們考慮使用扇形軟爪裝夾工件以減小變形。經(jīng)過(guò)多次工藝試驗(yàn)，我們發(fā)現(xiàn)減磨環(huán)的圓度值在0.05mm 左右，符合我們?cè)囼?yàn)初期的設(shè)想。所以確定半精車工序選用扇形軟爪裝夾工件（如圖2）
3.1.2 軸向夾緊裝置
如果加工過(guò)程中將零件徑向夾緊改為軸向夾緊，即轉(zhuǎn)移夾緊力的作用點(diǎn)和方向，零件所需的軸向夾緊力約為徑向夾緊時(shí)夾緊力的1/6，可見(jiàn)采用軸向夾緊的方式利用很小的夾緊力即可實(shí)現(xiàn)零件的可靠裝夾，更有利于減小夾緊力，從而減小零件的變形。有時(shí)為了實(shí)現(xiàn)軸向夾緊需要設(shè)置工藝凸臺(tái)來(lái)裝夾零件。
減磨環(huán)精車作為最終成型工序，如果不能很有效的控制變形（即把變形控制在0.02mm 內(nèi)），加工將面臨失敗。所以在減磨環(huán)精車工序，我們選擇軸向夾緊以有效控制變形。為驗(yàn)證軸向夾緊的效果，我們做了多次工藝試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果證明軸向夾緊可以有效控制變形（外圓圓度在0.01mm 左右）。
3.2 控制切削變形的方法
3.2.1 刀具的選擇
減磨環(huán)為鑄鐵件HT300，硬度較高。殘余應(yīng)力管理技術(shù)(RSM)，從不同的角度討論減小殘余應(yīng)力的方法，對(duì)于刀具前角，前角每增加1 度，切削溫度及切削力會(huì)降低10％。在刀具耐用度允許的情況下，選用較大的刀具前角和后角有利于減小切削力。刀具主偏角影響切削的徑向力。
綜合考慮我們選擇山特維克CCMT 09 T3 04-WF 3215 刀片。刀具的前角為正前角，后角為7°，主偏角為93°。
3.2.2 切削參數(shù)的選擇
切削速度的選擇
對(duì)于金屬切削加工來(lái)說(shuō), 提高切削速度是提高加工效率減少振動(dòng)的有效手段。但是對(duì)于薄壁零件的加工, 切削速度在一定程度上影響切削力的大小, 從而影響加工變形的大小, 因此, 需要對(duì)切削速度進(jìn)行優(yōu)化選擇。
根據(jù)選擇的刀具和減磨環(huán)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(duì)加工振動(dòng)的影響很大, 切削深度對(duì)切削振動(dòng)的影響也不一樣, 在滿足加工效率的同時(shí), 選擇小的切削深度會(huì)降低零件的振動(dòng), 使加工較為平穩(wěn)。結(jié)合刀尖半徑0.4mm，為保證減磨環(huán)表面粗糙度和減小振動(dòng)，我們選擇0.3mm 的切削深度。
進(jìn)給速度的選擇
切削力會(huì)隨著進(jìn)給速度的增大而增大,機(jī)床的動(dòng)態(tài)柔度特性也可能改變，從而使得加工的穩(wěn)定性也受到同樣的影響。因此,需要對(duì)進(jìn)給速度進(jìn)行優(yōu)化選擇。綜合刀具、減磨環(huán)材質(zhì)、表面粗糙度和精度的要求我們選擇0.2mm/r 的進(jìn)給速度。
3.2.3 切削液的選擇
零件在加工過(guò)程中產(chǎn)生的切削熱是導(dǎo)致零件變形及影響表面質(zhì)量的因素之一，所以在零件的切削加工過(guò)程中應(yīng)該進(jìn)行充分的冷卻。合理選擇切削液可以減小刀具與零件之間的摩擦，改善切削條件，并且?guī)ё咔邢鲄^(qū)域大量的切削熱，使切削溫度降低，切削液的流動(dòng)還可沖走切削區(qū)域和機(jī)床導(dǎo)軌上的細(xì)小切屑及脫落的磨粒。
鑄鐵件通常不需要切削液，但為了降低減磨環(huán)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防銹、潤(rùn)滑、清洗、冷卻性能，顯著提高了加工精度。
3.3 控制殘余應(yīng)力變形
零件在加工過(guò)程中，因應(yīng)力釋放極易變形，工藝方法常采用粗、精加工分開(kāi)進(jìn)行，并在粗加工后進(jìn)行去應(yīng)力處理，即采用粗加工～去應(yīng)力熱處理～精加工的流程。對(duì)于變形嚴(yán)重的高精度零件，還要安排半精加工，并進(jìn)行多次去應(yīng)力處理。
針對(duì)減磨環(huán)，我們?cè)诿鳌⒋周嚒刖嚒⒕囍g安排了三次去應(yīng)力處理（分別為去應(yīng)力退火、回火去應(yīng)力、回火去應(yīng)力）。三次去應(yīng)力處理盡可能地釋放了毛坯、粗車、半精車工序產(chǎn)生的殘余應(yīng)力，保證了最終精車的精度。
3.4 控制薄壁零件加工變形方法的工藝固化
隨著數(shù)控機(jī)床的普及應(yīng)用，許多控制薄壁零件變形的措施得以用程序固化，避免了因操作者的穩(wěn)定性而出現(xiàn)質(zhì)量差異的情況。因此在減磨環(huán)的加工過(guò)程中我們使用了數(shù)控車床、專用夾具，編制了作業(yè)指導(dǎo)書(shū)等措施。這些措施有效地保證了工藝過(guò)程的穩(wěn)定性。
4 結(jié)論
以上是針對(duì)減磨環(huán)加工采取的工藝方案，經(jīng)實(shí)踐證明該方案是行之有效的。
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