机加干货：攻破薄壁件加工难点12大要诀

809775354 · 发表于 2016-10-31 21:48:11

变形与振动是薄壁件加工的制约因素已成业内人士共识。而我们的任务，就是识别这些制约薄壁件加工因素产生的多种根源，然后将其消除。工艺是一个系统，它包含了人、机、料、法、环及检验检测等所有因素，提高质量靠单枪匹马是无法完成的。从多角度深层次去探索根源，才能有效解决问题。

一、设计：更合理

①避免大面积加工的设计。

②在不影响工件性能的前提下，设计出筋、肋等要素，以提高工件刚性。

③设计出装夹的工艺孔、工艺台等结构，必要时加工后封堵或去除。

二、材料：高刚性

①薄壁件装夹或加工容易变形的因素有3个：工件刚性差、装夹力或切削力的存在，力与装夹力臂或切削力臂的乘积产生的力矩，当力矩超过工件刚性，工件就容易发生变形。

②装夹容易变形的工件，加工时就容易变形，包装、贮存、运输及使用等环节也容易变形，从而增加使用的不可靠性。

③薄壁件的设计，首先就应该考虑使用高刚性材料。

④能使用10钢的，不使用8钢；能使用20钢的，不使用10钢；能使用35钢的，不使用20钢。

⑤使用500M P a级、600 MPa级、700 MPa级、800 MPa级超细晶粒超低碳下贝氏体钢。

⑥使用低刚性钢，不但刚性差，强度低，要获得较高的表面加工质量也是很困难的。

⑦不锈钢：优先使用易切削不锈钢Y1C r18N i9或Y1C r18N i9S e。

⑧铝合金：尽量不使用纯铝，使用多合金元素变形铝合金，使用2×××系铝合金、6×××系铝合金、7×××系铝合金，使用新型变形铝合金；从强度角度，使用Z L107、Z L111、Z L201、Z L301，从可切削性角度，使用Z L202、Z L402。

⑨铜合金：使用弥散强化无氧铜，使用高刚性结构黄铜，使用高强度铍青铜，使用高强度铸造铍青铜。

三、机床：零振动

①机床高刚性设计。

②多种消振措施补偿。

③零间隙装配带预紧。

四、刀具：锋利

①前角：其值大，刃锋利，但如果过大，强度减弱，磨刀频繁。件硬刀硬，其值宜小，以增加强度；件软刀软，其值宜大，以利于切削。

②后角：带消振棱。

③主偏角：其值小，径向切削分力大，易振动，刀钝面粗，刀挤工件。

④副偏角：带修光刃。

⑤刃倾角：值为正，刀尖抬头，刃利面细，值为负，切屑划伤工件。

⑥前刀面光滑如镜，以利排屑。

⑦刀尖磨出圆角。

⑧刃磨角不等于工作角，刀尖偏离工件回转中心或刀杆中心线相对于进给方向的倾斜而不是垂直，都会引起刀具工作角度的改变。

⑨加工外圆和加工内孔的情形相反。

⑩利用全析因等质量手段，通过切削试验，找出最佳的刀具角度。

五、装夹：零力矩

①当力矩值超过工件刚性，工件就容易发生变形，变形不但导致切削难以进行，精度无法保证，伴随而来的还有因为切削力的突变引发的自激振动。因此，薄壁件适合零力矩贴壁装夹。

②盘类件采取焊接定位装置等措施实现工件与工装完全贴壁加工。

③双层锥形心轴装夹筒形件加工外圆时，外层的两个半体间隙要≤1/5工件壁厚，以最大程度减小将筒形件拉成键槽型变形对工件精度带来的影响。不要将一个整体铣开一分为二做两个半体，因为那样总会留有较大的铣刀宽度间隙，而是做两个整体，各取其半后再加工出各自需要的间隙。

④箱式薄壁件采用密刃铣刀大螺旋角（刃倾角）铣削。如果壁厚不均匀，先加工四角厚壁部分，再进行其余平坦面的加工。

⑤橡胶在薄壁件加工领域可以用来配重或消振或作磨削垫用。

⑥无论是液压装夹、气压装夹还是刚性装夹，其夹紧力必须是量化而可控的。比如，液体或气体的压强，用扳手拧紧螺钉时的拧紧力，都必须是数值化的，而不是凭感觉来决定其夹紧力的大小，所以，扳手必须是仪表的或扭矩数显可调的。找出切削时工件不致松动和不致发生弹性或塑性变形（视工件具体形状而定）的受力临界值，使用两者中间值夹紧工件，松动临界值不易寻找时，使用后者临界值减少25%作为夹紧力。

⑦工装精度要在工件精度5倍或以上。

六、切削用量：经济

①背吃刀量：大，切削力大，变形振动；小，硬化层外加工，工件磨刀。

②进给量：小，表面光洁，但过小则效率降低。

③切削速度：快，面细件热，过快刀具会急剧磨钝失效。避开积屑瘤生长区与再生振颤易发区。

④如果使用非变速机床，加工盘类工件端面时切削速度是一个变化的过程。

⑤利用全析因等质量手段，通过切削试验，找出最佳的切削用量（兼顾刀具经济寿命）。

七、冷却：零度

①在厚壁件加工领域，切削热对工件精度的影响微乎其微，常常可以忽略不计，但在薄壁件加工领域，切削热却成为影响工件精度的重要因素之一，所以，在薄壁件加工领域，不能放过任何一个看似微乎其微的影响因素。

②冰乳油水混合物0℃冷却与润滑，针对不同材料推荐使用冷却优良SQ106、SQ107、SQ108系列极压型冷却液。

八、切削：好钢用在刀刃上

①钢：高速钢、超高速钢、粉末冶金高速钢、硬质合金、涂层硬质合金、纳米晶硬质合金及陶瓷刀具。

②铝铜合金：高速钢、超高速钢、粉末冶金高速钢、硬质合金、涂层硬质合金、陶瓷刀具及细粒度聚晶金刚石。

③不锈钢：高速钢及超高速钢、粉末冶金高速钢、硬质合金、涂层硬质合金、纳米晶硬质合金及金属基陶瓷。

④高温合金：立方氮化硼、多晶立方氮化硼及电火花加工。

⑤使用刀具经济寿命压缩25%的时间切削，比如，刀具经济寿命60m i n，使用45min后准备换刀。

九、测量：准确快速

①使用数显仪器测量，提高测量速度。

②测量仪器精度≥工件精度5倍或以上。

③不但要有精度测量仪，还要有应力测量仪、粗糙度测量仪，机床配有振动频谱仪。

十、质量目标：零偏差

①加工精度：一年一个台阶，公差带宽度每年压缩10%。比如，2010年公差带宽度100μ m，2011年要压缩到90μ m……最终实现精度零偏差。围绕公差带中间值加工，实际加工公差带宽度≤1/2设计公差带宽度。

②表面加工质量：表面粗糙度：一年一个进级，2010年6.3μm，2011年要提高到3.2μ m……最终实现镜面加工。无表面层加工硬化（允许有，但以不影响工件精度和工件使用性能为前提），无表面层组织金相变化，无表面层残余应力。

十一、控制手段：预控制

①将质量缺陷消除在萌芽状态，而不是等到出现了质量问题再去开会解决。

②公差带偏离中间值且朝一侧摇摆，系统有偏差，纠正。

③公差带偏离中间值左右摆幅过大，系统不稳定，整改。

十二、工艺标准：高起点

①人：懂专业，讲质量，多面手。

②机：精密高刚性数控机床，零振动，无偏差，自适应。

③料：材料高刚性，毛坯高精度，工件壁厚均匀、硬度一致，零杂质，无偏析，冷轧冷拔或镜面铸造；刀具锋利耐磨损，耐高温，耐冲击，与工件化学成分远亲和。

④法：采取工件减振、卡盘减振、刀杆减振、夹具减振等多环节减振、工件配重等措施实现系统零振动加工。

⑤环：工作场所噪声低分贝，安全零隐患，人体零伤害。

⑥检验检测：在线全自动。