薄壁工件
薄壁零件的机械加工工艺分析
薄壁零件的机械加工工艺分析1. 引言1.1 简介薄壁零件在机械加工领域中起着重要的作用，其加工难度和技术要求较高。
对薄壁零件的机械加工工艺进行深入分析和研究具有重要意义。
本文旨在探讨薄壁零件加工的相关问题，通过对薄壁零件的定义、加工难点以及机械加工工艺的分析，来探讨如何选择合适的加工方案，并对加工工艺进行优化，提高加工效率和产品质量。
在工艺优化的过程中，需要考虑到薄壁零件的特点和加工需求，不断完善工艺流程，优化加工参数，提高加工质量和生产效率。
本文还将讨论工艺优化的重要性以及未来研究方向，以期为薄壁零件的机械加工工艺提供一定的参考和借鉴。
1.2 研究背景薄壁零件在现代工业生产中得到了广泛应用，其轻量化、高强度和高性能的特点使其在航空航天、汽车制造、电子设备等领域发挥着重要作用。
由于薄壁零件的特殊性，其加工难度较大，容易出现变形、裂纹等质量问题，给生产制造带来了挑战。
通过深入分析薄壁零件的机械加工工艺，探讨加工中存在的难点和问题，并提出相应的加工方案和工艺优化措施，对于提高薄壁零件加工质量和效率具有重要意义。
薄壁零件加工的难点主要包括材料轻薄、刚度低、易变形等特点，导致加工过程中容易出现振动、共振、切削变形等问题。
针对这些问题，现有研究主要集中在加工参数优化、刀具选择、切削力控制等方面进行探讨，但仍存在一定的局限性。
有必要对薄壁零件的机械加工工艺进行进一步深入的研究和分析，以期提出更有效的解决方案，实现薄壁零件加工质量的提升和成本的降低。
2. 正文2.1 薄壁零件的定义薄壁零件是指在加工过程中其壁厚相对较薄的零件。
薄壁零件通常用于各种工业领域，包括航空航天、汽车制造、电子设备等。
由于其壁厚较薄，薄壁零件在机械加工过程中常常面临一些特殊的挑战和难点。
薄壁零件的定义可以从几个方面来说明。
薄壁零件的壁厚通常小于其最小尺寸的10%，这就要求在加工过程中需要特别注意避免壁厚过薄导致变形或破裂的问题。
薄壁零件的结构通常比较复杂，需要高精度的加工，以保证零件的质量和性能。
航空薄壁件加工技巧
航空薄壁件加工技巧由于航空发动机零件具有轻量化的要求，整体薄壁零件具有相对刚性好、比强度高、相对重量较轻等优点，广泛应用在航空工业中。
航空薄壁件由于自身結构的特点，加工中极易发生形状变形、尺寸超差和切削振动等问题，对于加工精度极不易控制，影响加工效率的提高，使加工难度增大。
加工变形已成为制约航空制造业的瓶颈，解决这个难题已成为我国机械制造尤其是航空制造技术中的关键问题。
标签：航空；薄壁；变形机械加工中，我们通常把壁厚小于2mm的零件称作薄壁零件。
结构类的零件比如壳体、平板件，轴类比如盘轴、套筒等零件，其结构特点是壁厚与内径曲率半径（或轮廓尺寸）之比小于1：20。
1 薄壁零件的特性1.1 结构特点航空薄壁件一般由侧壁和腹板构成，结构复杂，体积较大，相对刚度较低。
1.2 工艺特点（1）薄壁件的结构特点导致在加工中极易产生加工变形，要对变形进行控制及矫正。
（2）薄壁件的截面较小，轮廓尺寸较大，零件刚性降低，容易发生振动，甚至不能按常规方法进行机械加工，如真空吸附加工，镜像加工。
（3）薄壁零件的加工尺寸精度要求高，且协调精度（切削力及其波动、振动、切削温度、装配方式）也要求非常高。
2 薄壁件加工变形因素分析加工工艺系统的受力、受热、振动等变形，几何误差，内应力和调整引起的误差是影响零件加工精度的主要因素。
薄壁件因自身结构的特点，导致刚性不足，装夹时要变形，卸载时要有回弹变形，毛坯内应力（控制变形的前提条件是有效地消除工件的残余应力）释放要产生变形，加工过程中也要产生变形，这每个变形都要影响加工精度。
3 薄壁件加工工艺方案3.1 提高薄壁零件的工艺刚度增大壁厚将有利于提高工件刚度。
因此可采用加固的方法，利用填充式加固材料石蜡、胶、低熔点合金、磁流变液等对工件及夹具进行加固装夹。
提高工件的工艺刚度还可以从下面几个方面着手，一是提高工件与工装接触定位面的加工精度和表面光洁度，二是提高接触刚度（增强接触面硬度或采用高弹性模量材料）。
薄壁回转体工件的常见加工方法
在日常生产和生活中，有很多薄壁空心回转体工件或生活用具，是采用旋压加工而制成。
例如机械加工中的盘形、筒形、半球形和锥形工件。
它不仅具有工艺设备简单的特点，同时和切削加工相比可节约大量的原材料，提高产品使用性能和质量，而且它的生产效率比切削加工高几十倍以上。
典型薄壁回转体工件的生产大多采取车削加工。
在三爪夹紧力集中作用下，很容易发生弹性变形，在距离卡爪60°的地方变形最大，向外突起。
即使在夹紧状态下车削或镗削出的孔为正圆形，一旦松开卡爪，零件弹性恢复使内孔变成三棱形，出现圆度误差。
为稳定产品质量，常将零件车削夹持时几种手里情况转化为均布力或改为端面受力作为改良工艺性最为有效的手段之一。
旋转成型加工，是一种无切屑加工工艺。
其成型原理是：利用塑性金属在冷态或热态下，车床主轴上心轴旋转和沿心轴相对移动的圆弧形旋压轮，对薄壁坯料施加一定的压力，使坯料随心轴的形状产生塑性变形，而形成空心回转体工件。
旋压前，先按工件的形状与尺寸加工一个心轴，安装在车床主轴上，然后将事先下好的圆形坯料，用顶盖和活顶尖挤压在心轴的端面上，并按外圆校正，再开动车床，使心轴和坯料一起旋转，将旋压轮在一定压力下接触工件坯料，带动旋压轮被动高速旋转，按其工件成形的方向进行纵向走刀。
走刀的次数与方向。
视坯料逐步变形的情况，一般不能一次走刀旋压成形，否则会出现褶纹，而使工件报废。
在纵向走到旋压的过程中，横向必须逐步退刀，每走刀旋压一次，逐步加大纵向走刀长度，减小横向退刀长度，经过多次对坯料进行旋压，使之形成所要求的工件。
旋压时的工件速度为（80—150）m/min，纵向进给量为（0.15—0.5）mm/r。
旋压轮与共建接触角以30°最佳，圆弧半径以2mm为好。
旋压壁厚在4mm以上时，应用氧乙炔焰加坯料先加热，使其软化，再进行旋压。
薄壁工件的概念和作用
薄壁工件的概念和作用薄壁工件是指壁厚较薄的零件或制品。
在工业生产中，薄壁工件是常见的一种。
因为薄壁工件结构简单，重量轻，制造成本低，所以在很多领域都有广泛的应用，如汽车工业、建筑业、电子业、航空航天等工业领域。
薄壁工件的作用主要有以下几个方面：1. 减轻重量：薄壁工件的壁厚相对减薄，使得制品整体重量减轻。
比如，汽车的车身和发动机盖等就采用了薄壁工件的设计，以便减轻整车重量。
2. 提高强度：薄壁工件的设计可以在一定程度上增强其强度。
用薄壁工件替代厚壁构件，可以在保证强度的情况下减轻重量。
薄壁工件材料的选择和加工工艺的控制也可以增强其强度和刚度，以满足使用的要求。
3. 降低成本：薄壁工件的制造成本相对较低。
因为薄壁工件的制造涉及到的加工工艺比较简单，也需要的材料量比较少，所以可以在生产过程中降低成本。
4. 提升精度：薄壁工件的制造工艺和材料的选择能够保证其制品的尺寸和形状精度，漏水、漏气和漏电的情况得到了有效的控制。
5. 优化设计：薄壁工件的设计可以使得产品的结构更为紧凑、简单，具有更高的效率，具有降低噪音和振动的能力，同时也具有良好的节能减排性能。
尽管薄壁工件在很多领域都有广泛的应用，但是在其制造和使用过程中也面临着许多问题和挑战。
首先，薄壁工件的制造技术要求较高，生产过程中必须保证材料的质量和工艺的精细度。
其次，在使用过程中薄壁工件的结构易受环境因素的影响，容易出现变形和破损等问题。
因此，制造和使用薄壁工件需要注意加强工艺控制，提高产品的质量和使用寿命。
总之，薄壁工件是一种重要且常见的构件，具有重要的作用和意义。
通过提高薄壁工件的制造和使用技能，我们可以更好地应对生产和生活的需求，推动相关领域的科技进步和发展。
薄壁工件的加工特点(精)
薄壁工件的加工特点
2 3 2 2 5 3
游标卡尺 薄壁工件的加工特点
加工步骤 百分表 工件在花盘上的装夹
Produced by Мiss Хiè
薄壁工件的加工特点
1．因薄壁工件刚度很低，在夹紧力的作用下，容易产生 变形，常态下工件的弹性复原能力将直接影响工件的尺寸精度 和形状精度。如图所示，工件在夹紧后，因受夹紧力作用，略 微变形成弧形三边形，车孔后得到的是一个圆柱孔。当松开卡 爪取下工件后，由于工件的弹性恢复，外圆恢复成圆柱形，而 内孔则变成如图所示弧形三边形。这种用三爪自定心卡盘装夹， 车削薄壁件，当松开卡爪后，外圆为圆柱形内孔呈弧状三边形 的变形称为等直径变形。
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薄壁工件的加工特点
2．因工件壁薄，由于切削热的产生，引起工件的受热 变形严重，加之加工条件的变化，使车削时工件受热膨胀变 形的规律不易掌握，使工件车削尺寸难以保证。对于线膨胀 系数较大的金属薄壁工件，影响尤为显著。 3．因工件壁薄，在车削过程中，薄壁工件在切削力(特 别是径向切削分力)的作用下，容易产生振动和变形，影响 工件的尺寸精度、形状精度、位置精度和表面粗糙度值。
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薄壁工件的加工特点
Hale Waihona Puke Produced by Мiss Хiè
薄壁工件的加工特点
2．因工件壁薄，由于切削热的产生，引起工件的受热 变形严重，加之加工条件的变化，使车削时工件受热膨胀变 形的规律不易掌握，使工件车削尺寸难以保证。对于线膨胀 系数较大的金属薄壁工件，影响尤为显著。 3．因工件壁薄，在车削过程中，薄壁工件在切削力(特 别是径向切削分力)的作用下，容易产生振动和变形，影响 工件的尺寸精度、形状精度、位置精度和表面粗糙度值。
薄壁工件加工工艺的探研
通过合 理 安排加 工路 线 ， 批量 加 工零 件 ， 既提 高 了加 工效 率 和 材 料利 用 率 ， 又保 证 了该 类零 件 的外 形及 尺寸 精度 。 关键 词 ： 生 产 ； 批量 薄壁 ； 装夹 ； 理排 样 难 合
１ 概 述
（） 产 品合 理排样 ， 高材料 利用 率。 １对 提
还 特 别 便 于装 夹 找正 ， 不用 专 用夹 具 ， 工 效 加
率 高 、 本 低 ； 由于 零 件 外 形 与 孔是 一 次装 成 且
夹 加工成形 的 ， 根 本 上保 证 了零件 的尺 寸精 从
度。
图 ３ 产 品毛坯
（ ） 图 ３所示 ， Ｉ如 在备 好 的方 形 或 长 方形 毛坯其 中上 、 ２个 表 面 Ａ Ｄ上 （ 余 表 面 留 下 、 其
如果采 用单 件加 工 的方 式 ， 引发 生产 加 工 周 会
期延 长 、 人 操 作 困难 、 件 精 度 难 以保 证 等 工 零 问题 。在 此前提 条 件 下 ， 如何 保 质 保 量 并 且 节
约、 高效地完成这一类 型零 件的加工制 造， 无 疑对 生产具 有重 要 的实 际意 义 式下 的排样 方 案
表 １ 不 同排样 条件 下的材 料利 用率
如 图 １所 示 ， 零 件 尺 寸 小 ， 度 仅 为 该 厚
８ ｍ且 外形 不规 则 ， 于典 型 的微 型 、 壁 、 ａ ｒ 属 薄 难 装 夹零 件 。该零 件 在 大 批 量 生 产 过 程 中 ， 以 可 考虑设 计 专用模 具 及 定 位 夹 具 ， 加工 出成 型 先 毛坯 ， 再精 加工 完 成 ； 在 小 批 量 生 产 时 ， 但 由于 考虑 到 生 产 成 本 ， 可 能 设 计 专 用 的 工 装 夹 不
典型薄壁零件数控铣削加工工艺
典型薄壁零件数控铣削加工工艺随着制造业的发展，数控加工技术逐渐成为最常用的加工方法之一。
而在数控加工领域中，数控铣削技术是常见的加工方法之一。
本文将介绍典型薄壁零件数控铣削加工工艺，包括工艺准备、加工流程、刀具选择和切削参数等方面的内容。
一、工艺准备1.1 材料选择因为薄壁零件通常是轻型结构件，所以材料一般选择铝合金、镁合金、不锈钢等轻质、高强度的材料。
1.2 工件夹紧在加工薄壁零件时，一定要保证工件夹紧牢固。
否则，易造成加工过程中工件的振动或位移，导致加工精度降低。
1.3 加工精度要求由于薄壁零件的厚度较小，所以在加工过程中要保证加工精度高，以防加工出错或造成损失。
二、加工流程2.1 预处理将所选材料进行预处理，包括去表面氧化层、去毛刺等。
2.2 下刀编制好数控加工程序后，进行下刀和切割。
2.3 清洗清洗零件，以便检查和测试。
2.4 检测检测零件的精度、结构、特性等。
如果不合格，要重新加工。
进行表面处理，包括抛光、喷漆、防锈等。
三、刀具选择在加工薄壁零件时，需要选用比较特殊的刀具。
常用的刀具主要包括切割刀具、削铣刀具、倒角刀具、钻头等。
3.1 切割刀具为了保证零件表面的质量和精度，需要选用切割刀具。
切割刀具的作用是将零件中的材料割离，形成所需的几何形状。
在进行倒角时，需要选用倒角刀具。
倒角刀具能够将薄壁零件边缘处的角进行倒角处理，使其具有更好的平滑度和美观度。
3.4 钻头在加工薄壁零件时，常常需要进行孔加工。
钻头是一种常用的刀具，在加工孔时经常被使用。
四、切削参数在加工薄壁零件时，需要注意切削参数的选择。
切削参数对加工质量起着重要的影响。
4.1 切削速度切削速度是指刀具在切割过程中移动的速度。
切削速度过快，容易导致刀具磨损、表面质量差等问题。
切削速度过慢，加工效率低下。
切削深度是指刀具在一次切削过程中切入材料的深度。
切削深度过大，会导致切屑对切削影响的加重，影响加工质量和效率。
总之，在加工薄壁零件时需要注意工艺准备、加工流程、刀具选择和切削参数等方面的内容。
薄壁类零件的车削工艺分析
薄壁类零件的车削工艺分析段立波一．引言薄壁类零件指的是零件壁厚与它的径向、轴向尺寸相比较, 相差悬殊, 一般为几十倍甚至上百倍的金属材料的零件，具有节省材料、结构简单等特点。
薄壁类零件已广泛地应用于各类石油机械部件。
但是薄壁类零件的车削加工是比较棘手的，具体的原因是因为薄壁类零件自身刚性差、强度弱，在车削加工中极容易变形，很难保证零件的加工质量。
如何提高薄壁类零件的加工精度是机械加工行业关心的话题。
二．薄壁类零件车削过程中常出现的问题、原因及解决办法我们在车削加工过程中，经常会碰到一些薄壁零件的加工。
如轴套薄壁件（图1），环类薄壁件（图2），盘类薄壁件（图3）。
本文详细分析了薄壁类零件的加工特点、防止变形的装夹方法、车刀材料、切削参数的选择及车刀几何角度。
进行了大量的实验,为以后更好地加工薄壁类零件,保证加工质量,提供了理论依据。
图1轴套薄壁件图2环类薄壁件图3盘类薄壁件1.薄壁类零件的加工特点1.1因零件壁薄，在使用通用夹具装夹时，在夹压力的作用下极易产生变形，而夹紧力不够零件又容易松动，从而影响零件的尺寸精度和形状精度。
如图4所示，当采用三爪卡盘夹紧零件时，在夹紧力的作用下，零件会微微变成三角形，车削后得到的是一个圆柱体。
但松开卡爪，取下零件后，由于零件弹性，又恢复成弧形三角形。
这时若用千分尺测量时，各个方向直径相同，但零件已变形不是圆柱体了，这种变形现象我们称之为等直径变形。
图4三爪卡盘装夹1.2因零件较薄，加工时的切削发热会引起零件变形，从而使零件尺寸难以控制。
对于膨胀系数较大的金属薄壁零件，如在一次安装中连续完成半精车和精车，由切削热引起零件的热变形，会对其尺寸精度产生极大影响，有时甚至会使零件卡死在芯轴类的夹具上。
1.3薄壁类零件加工内孔中，一般采用单刃镗刀加工，此时，当零件较长时，如果刀具参数及切削用量处理不当，将造成排屑困难，影响加工质量，损伤刀具。
1.4由于切削力和夹紧力的影响，零件会产生变形或振动，尺寸精度和表面粗糙度不易控制。
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薄壁工件因为具有重量轻、节约材料、结构紧凑等特点，薄壁零件已日益广泛地应用在各工业部门。
但薄壁零件的加工是比较棘手的，原因是薄壁零件刚性差、强度弱，在加工中极容易变形，不易保证零件的加工质量。
如何提高薄壁零件的加工精度将是业界越来越关心的话题。
薄壁零件的加工问题，一直是较难解决的。
薄壁件目前一般采用数控车削的方式进行加工，为此要对工件的装夹、刀具几何参数、程序的编制等方面进行试验，从而有效地克服了薄壁零件加工过程中出现的变形，保证加工精度。
影响薄壁零件加工精度的因素有很多，但归纳直来主要有以下三个方面：
(1)受力变形
因工件壁薄，在夹紧力的作用下容易产生变形，从而影响工件的尺寸精度和形状精度，如图1所示。
(2)受热变形
因工件较薄，切削热会引起工件热变形，使工件尺寸难于控制。
(3)振动变形
在切削力（特别是径向切削力）的作用下，很容易产生振动和变形，影响工件的尺寸精度、形状、位置精度和表面粗糙度。
图1 夹紧力的影响
既然影响薄壁件加工精的因素找到了，那么我们将如何提高薄壁零件的加工精度呢？接下来笔者将通过具体实例来介绍提高薄壁件加工精度和效率的措施。
图2所示的薄壁零件，是我校用数控车床对外加工产品中难度较大的零件。
采用的设备是配备了广州数控系统GSK980T的数控车床。
为了提高产品的合格率，我们从工件的装夹、刀具几何参数、程序的编制等方面进行综合考虑，实践证明，有效提高了零件的精度，保证了产品的质量。
图2 示例零件
1. 工件特点分析
从零件图样要求及材料来看，加工此零件的难度主要有两点：
(1)因为是薄壁零件，螺纹部分厚度仅有4mm，材料为45号钢，而且批量较大，既要考虑如何保证工件在加工时的定位精度，又要考虑装夹方便、可靠。
通常的车削都是用三爪卡盘夹持外圆或撑内孔的装夹方法来加工，但此零件较薄，车削
受力点与加紧力作用点相对较远，而且还需车削M24螺纹，受力很大，刚性不足，容易引起晃动，因此要充分考虑如何装夹定位的问题。
(2)螺纹加工部分厚度只有4mm，而且精度要求较高。
目前广州数控系统GSK980T螺纹编程指令有G32、G92、G76。
G32是简单螺纹切削，显然不适合。
G92螺纹切削循环采用直进式进刀方式，如图3所示，刀具两侧刃同时切削工件，切削力较大，而且排削困难，在切削时两切削刃容易磨损，在切削螺距较大的螺纹时，由于切削深度较大，刀刃磨损较快，从而造成螺纹中径产生误差，但由其加工的牙形精度较高。
G76螺纹切削循环采用斜进式进刀方式，如图4所示，单侧刀刃切削工件，刀刃容易损伤和磨损，但加工的螺纹面不直，刀尖角发生变化，而造成牙形精度较差。
从以上对比可以看出，只简单利用一个指令进行车削螺纹是不够完善的，采用G92、G76混用进行编程，即先用G76进行螺纹粗加工，再用G92进精加工的方式在薄壁螺纹加工中将有两大优点：一方面可以避免因切削量大而产生的薄壁变形；另一方面能够保证螺纹加工的精度。
图3 G92直进式加工
图4 G76斜进式加工
2. 优化夹具设计
由于工件壁薄，刚性较差，如果采用常规方法装夹，工件将会受到轴向切削力和热变形的影响出现弯曲变形，很难达到技术要求。
为解决此问题，我们设计出了一套适合上面零件的加工的专用夹具，如图5所示。
图5 专用夹具
其中，件1为夹具主体，材料为45号钢，左端被夹持直径为80mm，可用来夹持工件的内孔直径范围为20～30mm；件2为拉杆，材料为45号钢，直径为21mm，它刚好与薄片工件上的φ21孔对应配合，使工件在夹具中定位及传递切削力；件3为已加工完左端面和内孔的工件，装夹时要注意工件与夹具体1的轴向夹紧配合。
小沟槽是在工件调头装夹后，为方便控制总长度而设计的，尺寸为5mm×2mm。
3. 刀具的合理选择
(1)内镗孔刀采用机夹刀，缩短换刀时间，无需刃磨刀具，具有较好的刚性，能减少振动变形和防止产生振纹；
(2)外圆粗、精车均选用硬质合金90°车刀；
(3)螺纹刀选用机夹刀，标准刀尖角度，以便磨损时易于更换。
4. 加工步骤选定
(1)装夹毛坯15mm长，平端面至加工要求；
(2)用φ18钻头钻通孔，粗、精加工φ21通孔；
(3)粗、精加工φ48外圆，加工长度大于3mm至尺寸要求；
(4)调头，利用夹具如图2所示装夹，控制总长尺寸35mm平端面；
(5)加工螺纹外圆尺寸至φ23.805；
(6)利用G76、G92混合编程进行螺纹加工；
(7)拆卸工件，完成加工。
5. 切削用量选择
(1)内孔粗车时，主轴转速为500～600r/min，进给速度F100～F150，留精车余量0.2～0.3mm；
(2)内孔精车时，主轴转速为1100～1200 r/min，为取得较好的表面粗糙度选用较低的进给速度F30～F45，采用一次走刀加工完成；
(3)外圆粗车时，主轴转速为1100～1200 r/min，进给速度F100～F150，留精车余量0.3～0.5mm；
(4)外圆精车时，主轴转速为1100～1200 r/min，进给速度F30～F45，采用一次走刀加工完成。
6. 所编制的加工程序
我们根据以上分析，针对数控系统采用GSK980T所编制的加工程序如图6所示。
图6针对GSK980T的加工程序
7. 加工时的几点注意事项
(1)工件要夹紧，以防在车削时打滑飞出伤人和扎刀；
(2)在车削时使用适当的冷却液（如煤油），能减少受热变形，使加工表面更好地达到要求；
(3)要注意安全文明生产。
通过实际加工生产，以上措施很好地解决了加工精度不高等问题，减少了装夹校正的时间，减轻了操作者的劳动强度，提高效率并保证加工后零件的质量，经济效益十分明显。
本文所介绍的，只是针对某一具体的工件所采取的加工策略，虽然不具备普遍性，但还是希望能起到抛砖引玉的作用。