薄壁零件装夹变形原因及控制

铝合金薄壁件加工中变形的因素分析与控制方法作者：乔楠楠来源：《知识文库》2017年第10期一般认为，在壳体件、套筒件、环形件、盘形件、轴类件中，当零件壁厚与内径曲率半径（或轮廓尺寸）相比小于1：20时，称作为薄壁零件。

这一类零件的共同特点是受力形式复杂，刚度低，加工时极易引起误差变形或工件颤振，从而降低工件的加工精度。

薄壁零件因其制造难度极大，而成为国际上公认的复杂制造工艺问题。

一、薄壁件加工变形因素分析薄壁件由于刚度低，去除材料率大，在加工过程中容易产生变形，对装夹工艺要求高，使加工质量难以保证。

薄壁类零件在加工中引起变形的因素有很多，归纳总结有以下几个方面：1、工件材料的影响铝合金作为薄壁件最理想的结构材料，与其他金属材料相比，具有切削加工性好的特点。

但由于铝合金导热系数高、弹性模量小、屈强比大、极易产生回弹现象，大型薄壁件尤为显著。

因此，在相同载荷情况下，铝合金工件产生的变形要比钢铁材料的变形大，同时铝合金材料具有硬度小、塑性大和化学反应性高等性质，在其加工中极易产积屑瘤，从而影响工件的表面质量和尺寸精度。

2、毛坯初始残余应力的影响薄壁件加工中的变形与毛坯内部的初始残余应力有直接的关系，同时由于切削热和切削力的影响，使工件和刀具相接触处的材料产生不能回弹的塑性变形。

这种永久性的变形一旦受到力的作用就会产生残余应力，而在加工过程中，一旦破坏了毛坯的残余应力，工件内部为达到新的平衡状态而使应力重新分布，从而造成了工件的变形。

3、装夹方式的影响在加工中夹具对工件的夹、压而引起的变形直接影响着工件的表面精度，同时如果由于夹紧力的作用点选择不当而产生的附加应力，也将影响工件的加工精度。

其次，由于夹紧力与切削力产生的耦合效应，也将引起工件残余应力的重新分布，造成工件变形。

4、切削力和切削热的影响切削力是影响薄壁件变形的一个重要因素。

切削力会导致工件的回弹变形，产生不平度，当切削力达到工件材料的弹性极限会导致工件的挤压变形。

薄壁件产品加工变形控制方案设计发布时间：2021-05-18T09:42:40.540Z 来源：《基层建设》2020年第31期作者：张永振王虎王宁刚[导读] 摘要：薄壁件产品在加工时，由于形状结构复杂，相对刚性较低，导致加工工艺性较差。

中车戚墅堰机车有限公司江苏常州 213011摘要：薄壁件产品在加工时，由于形状结构复杂，相对刚性较低，导致加工工艺性较差。

在机械加工中，工件在压装、切削等过程中会产生一定的变形量，薄壁件的加工变形量尤其严重，主要分为以下三种：工件装夹变形、工件加工变形和加工后应力变形。

针对精度要求较高的工件，为提高产品精度，在加工过程需要严格控制工件变形量。

关键词：薄壁件加工变形1 背景公司一种新产品，为减轻重量，设计为薄壁件，部分位置壁厚只有8-12mm。

根据图纸进行分析，整体高度265mm,内部多个台阶孔，尺寸ø315-ø348mm，精度需要控制在0.06mm以内，上下孔同轴度要求0.05mm，产品尺寸要求和形位公差要求较高。

相对于目前生产的其余产品，精度高、壁厚小，加工变形量较大，无成熟加工经验可以借鉴。

2 变形控制方案2.1 加工应力释放铸造毛坯内部残余内应力会使毛坯在加工过程中处在不稳定的状态中，铸造毛坯会向着恢复到没有内应力的状态不断变化，毛坯外形和尺寸变化越大，变化越大。

切削加工时，表面层金属被去掉，原有的应力平衡状态被破坏，工件就会发生变形，使应力达到新的平衡状态。

因此，在产品在加工时，首先通过划线，测量各面加工余量，合理分配加工余量。

根据测量，内孔直径方向余量约为10mm,平面余量约为6mm,由于余量较多，需要将产品加工分为粗加工、半精加工和精加工，粗加工时，内孔和平面留约3mm余量，半精加工时，余量控制在0.5-1mm。

在加工过程中，不断释放应力，以减少最后精加工时的变形量。

2.2 工件压装变形控制2.2.1一工位压装变形控制在一工位精加工前，在立加上根据立车加工的上平面为基准，将需要压装的区域平面铣平，铣平区域用于一工位精加工时产品快速校调。

浅谈薄壁环形件变形控制薄壁零件的变形控制一直以来都是一个难题，在质量和效率之间更是难于取舍。

文章主要介绍了一些简易的变形控制的方法。

标签：薄壁；变形；控制实际加工中应结合具体条件选择不同的控制方法。

简单易实现的主要有优化加工刀具、优化工艺方案、进给量局部优化、优化切削参数、优化装夹方案等，下面就从以下几方面介绍薄壁零件的变形控制。

1 变形控制对加工工艺的要求1.1 粗加工、精加工分开对加工精度要求较高的薄壁类零件，应分开粗加工、半精加工、精加工进行。

粗、半精、精加工分开，可避免因粗加工引起的各种变形，包括粗加工时，压紧力引起的弹性变形、切削热引起的热变形以及粗加工后由于内应力重新分布而引起的变形。

其目的是为了保证零件的精度及稳定性。

另外，粗、精加工分开，机床设备也可得到合理的使用，即粗加工设备充分发挥其效率，精加工设备可长期保持机床的精度。

1.2 增加时效去应力工序内应力是引起零件变形的主要因素，为防止零件变形，除应严格地按照材料进行热处理，使零件具有较好的组织外，在粗、精加工之间，增加一道时效去应力工序，以最大限度地消除零件内部的应力。

通常采用热时效和自然时效的方法。

这两种方式却都存在弊端：自然时效周期需要达到半年或两年，周期过长；热时效费用高，耗能高，炉温控制难度大，零件易氧化，且易因受热不均导致裂纹，并在冷却过程中产生新的应力。

振动时效是以金属零件固有频率，利用一受控振动能量对工件进行处理，使工件产生应变，达到消除零件残余应力的目的。

1.3 利用零件的整体刚性加工薄壁零件随着零件壁厚的减小，其刚性降低，加工变形增大。

因此，在切削过程中，尽可能地利用零件的未加工部分，作为正在切削部分的支撑，使切削过程处在刚性较佳的状态。

下面举几个例子，如：铣“U”型槽时可以考虑先铣类似成“口”型，最后在把“口”上的横梁铣掉，该方法能有效地降低切削变形及其影响，降低了由于刚性降低而可能发生的切削振动。

如：车加工薄壁时，可在有余量刚性较好时，先将内侧及内槽等加工到位，再加压盖加工外侧等多种灵活利用零件整体刚性的方法。

0引言薄壁零件在设备中的应用都是在核心部位，其质量以及性能的会关系到设备的应用效果。

再加上薄壁零件在加工制作的过程中需要对其外壁进行不断的打磨，以使其达到薄壁的要求，但这就导致了资源的浪费，这与我们现代社会提倡的“绿色生产”相违背。

为了相应这一号召，就必须对生产的工艺以及过程进行分析，探究新的技术，实现薄壁零件的最优生产。

1薄壁零件的介绍薄壁零件顾名思义就是零件的壁厚较薄，一般为轮廓尺寸的二十分之一。

最重要的是其有强度高、承载性强等优点，受到了很多行业的追捧。

在航天产品以及汽车制造工业中，其具体的特点有以下几点，一是结构复杂，在很多的大型产品中应用，为了减轻产品整体的重量，会增加很多的复杂设计，因此故意忽略了装夹定位，导致零件结构复杂。

二是壁薄，尤其是对于一些精密产品来说，需要零件的壁更薄，并且不适合集中粗放生产，这就相应的增加了零件的生产时间，进而使得提高了制造成本。

三是精准度高，薄壁零件要适应设备的制造的需求，就必须提高自身的精确度，为此从毛坯加工到成品需要多道工序，而且在加工的过程中极易出现变形的情况，甚至会导致零件报废。

这增加了制造企业的经济负担，延误了买家的使用也对零件生产企业的形象造成了破坏。

四是制作材料多，为了使用不同产品生产的需求，薄壁零件在加工的过程中会应用到多种材料，例如塑料、钛合金等等，不同的原材料对工业的需求也有差别。

2薄壁零件的加工变形原因2.1残余应力因素薄壁零件中的残余应力是有两个方面组成的，一部分是毛坯残余应力，另一部分是加工过程中的残余应力。

例如在钛合金加工的过程中需要加热使得材料软化，导致了残余应力的产生，应力的释放会造成零件的变形，进而影响零件的质量。

2.2工件装夹因素为了应对加工的过程中零件出现的位移现象，技术人员会利用工件装夹对零件进行固定。

但是工件装夹产生的力也会对零件生产的精准度造成一定的影响。

因此，技术人员在设定工件装夹是要将其松紧调整到最优的模式。

壳体类薄壁零件加工变形的控制发布时间：2021-01-21T06:54:31.626Z 来源：《中国科技人才》2021年第2期作者：吴挺燕纪钧王茹[导读] 需要相关人员针对性的进行处理。

所以，本文就薄壁零件加工精度影响因素以及工艺措施进行探析。

中国航发西安动力控制有限公司陕西西安 710077摘要：在众多零件中，薄壁零件作为工艺性较强的零部件之一，其本身也得到广泛应用，本文针对薄壁零件加工精度影响因素进行分析，并提出工艺措施。

关键词：薄壁零件；加工精度；工艺引言薄壁零件基本上都会应用在重要的位置，再加上其本身刚度低、结构复杂以及形状特殊等特点，所以，在实际的加工之中对于加工的精度有着极高的要求。

在实际的加工过程中，薄壁零件出现变形是非常严重的，需要相关人员针对性的进行处理。

所以，本文就薄壁零件加工精度影响因素以及工艺措施进行探析。

1 影响薄壁零件加工精度的主要因素零件的毛坯无论是锻造、铸造的，在制造过程中都有一个从高温冷却下来的过程。

在这一冷却过程中必会产生内应力，而这种内应力会引起零件变形。

在毛坯是有应力的状态下机加工时，切去部分表面或内腔后就会破坏内应力的平衡。

由于内应力需要重新分布，零件将会发生变形，另外，在切削加工的过程中，由于切削力和切削热的作用，零件表面也会发生极大的塑性变形，因而也将产生内应力。

这种残余的内应力，也与毛坯制造中形成的内应力一样，会引起薄壁零件的变形。

1.1 切削应力变形金属原子间存在着相互平衡的力，吸力和压力。

吸力使原子彼此密合到一起；而压力则使原子间不要接近得太紧密。

在通常情况下，原子占据的是这两种力保持平衡的位置。

当施加外力使原子间距靠近或拉远时，都必然产生相应的相斥抗力或相吸的抗力，并与之建立新的平衡。

金属材料塑性变形的机理是：金属的塑性变形都是金属晶体滑移或孪生造成的，而其中以晶体的滑移为主。

零件的加工过程虽然在外表看不见有什么异样，但在切削加工时当零件部分被切去后，会破坏原来内应力的平衡，零件也会发生变形。

薄壁盘类零件变形控制回流器盖板是涡轴发动机的重要部件，文章通过对回流器单组件结构的分析；研究了钛合金材料的机加性能，研究了加工回流器盖板型面的最佳工艺方法，最终制定准确的加工工艺路线。

文章重点研究薄壁件的变形控制。

标签：回流器盖板；钛合金；变形控制1 绪论航空发动机是飞机的心脏，有了适用的航空发动机，才实现了真正有动力、可操纵的载人航空飞行。

随着航空发动机的更新换代，推动了军民用航空器一代一代的向前发展。

推重比作为航空发动机更新换代的重要指标，因此减小零件的重量成为航空发动机发展道路上的重要工作，因此发动机中的薄壁零件越来越多，加工难度也越来越大。

钛合金以其比强度高、机械性能及抗蚀性良好而成为飞机及发动机理想的制造材料。

某型机的回流器盖板是典型的薄壁盘类零件，材料为钛合金。

回流器盖板的最大外廓尺寸420mm，内、外壁壁厚为2mm，外壁和内壁的两端为圆弧状（流道面），在加工过程中无法装夹定位，而其要求配合面的平面度为0.05mm，且平行为0.02mm，由于零件外壁和内壁的两端均为圆弧状，没法定位和夹紧，因此解决该零件的定位和夹紧以及如何减小定位和夹紧变形是该零件加工的主要难点。

另外在零件壁薄加工时刀具和切削参数的选择也将影响零件的变形，影响其精度。

为最大程度上控制薄板变形，拟制造专用的工艺装备，对零件装夹定位及其夹具结构技术的研究、加工参数对控制薄壁件变形技术研究、加工过程中控制残余应力的技术研究、加工过程中形位公差控制技术研究。

加工编程时合理选择刀具和加工顺序，确定合适切削参数，减少切削变形。

根据实际加工情况调整切削参数，摸索参数变化对变形的影响，找出合理切削参数，减少切削变形。

2 典型薄壁件结构分析回流器盖板直径φ420，壁厚为2mm，零件配合面在φ192～φ411范围内达到要求平面度为0.05，是典型的薄壁件，结构异性件。

3 航空发动机材料分析航空航天产业为国防工业和制造业最重要的组成部分之一，随着现代飞机、航天器性能要求的不断提高，为了减轻重量，增加机动性和增加有效载荷和航程，航空航天零件材料在不断变革，在航空发动机和飞机结构件中钛合金、高温合金、复合材料的含量逐渐占据了主导地位。

零件装夹变形分析与解决措施零件变形主要表现在装夹变形；切削力、切削热使零件产生变形；加工方法和技巧不当使零件产生变形；材料应力释放零件原因导致的变形等。

如果在生产过程中工件产生变形，那么肯定就会影响工件的形位精度，尺寸精度以及表面粗糙度，所以提高易变形零件加工质量和加工效率的关键就是装夹方法以及车削，铣削时的加工方法和技巧。

标签：装夹方法；刀具选择；切削用量1 为什么会产生零件装夹变形我们在加工生产中会遇到各种各样的问题，譬如在加工薄壁易变型零件时，就必须根据其不同的特点，找出薄弱环节，选用不同的工艺方法和夹紧方法来保证加工要求。

很多时候我们要具体问题具体分析，找到切实可行的办法来应对遇到的实际问题。

1.1 工件装夹不当为什么会产生变形？在我们生产实际操作中，如果我们采用三爪卡盘夹紧薄壁外圆，就会由于夹紧面积过小，夹紧力不均匀分布，那么拆卸以后，被卡爪夹紧部分就可能因弹性变形而涨大，最终导致零件出现多角形变化。

1.2 相对位置调整时候偏差，产生壁厚不均的现象经过多年的工作实践，我发现由于夹具、刀具，工件和机床主轴旋转中心的位置调整相对不准确，导致工件几何形状变化和壁厚不均匀现象。

我们遇见很多薄壁零件对于均匀性要求非常高，但对其尺寸精度要求却不高这种现象。

此时工件如果采用常规刚性定位，就会误差非常大，壁的厚度很容易超差。

这样工件在装夹过程中，假设我们没有根据实际特性，也就是工件刚度较低（薄壁件），或者不注意夹紧力的方向和施力点，那么支撑点和压紧点不能够重合就形成力矩效应，最终会引起零件变形。

1.3 为什么要强调零件壁厚差重要性有一部分薄壁零件对均匀性要求非常高，而对其尺寸精度要求却不高。

这种工件和彩刚性定位，就会误差很大，壁厚非常容易超差。

在装夹过程中的工件，假设刚度较低（薄壁件）或者夹紧力方向，施力点选择不恰当，支撑点与压紧点不重合必然形成力矩效应将会引起零件变形。

1.4 选用什么样的刀具至关重要我们选择什么样的刀具，会直接影响零件精度以及表面粗糙度。

薄壁零件加工中变形振动分析和消振措施摘要：车削过程中，工艺系统由于受到各种力的作用，工件和刀具之间常会发生相对振动。

它不仅使加工表面产生波纹，严重恶化加工精度和表面质量。

特别是最后一刀精车，当切削速度提高，常常会发生刺耳的响声，使车削无法继续加工下去。

所以，在加工薄壁零件中，不仅要考虑装夹中工件受力变形的问题，还要注意解决加工中振动问题关键词：薄壁零件加工变形振动措施车削薄壁零件在加工中很容易出现问题，如果我们在加工中善于总结经验，就能在加工中找出它的共性、个性和矛盾突出点。

变被动为主动。

从而才能够加工出合格的产品。

要想解决薄壁零件加工中出现的问题，我想从以下几个方面来加以分析。

一、薄壁零件装夹分析1、薄壁零件的加工特点薄壁零件以日益广泛地应用个工业部门生产机器零件中，车削薄壁零件的关键是变形、振动问题。

工件产生变形振动的原因大多是由于切削力、夹紧力、定位误差和弹性变形。

其中影响最大的是切削力和夹紧力。

我们在实践过程中减小切削力和切削热主要采取方法是：合理地选择切削用量、合理地选择刀具几何角度、减小夹紧力引起的变形，主要改变和改善夹紧力对零件的作用。

2、车削薄壁零件时采用的装夹方式以上讲的薄壁零件加工特点是车削中变形和振动问题。

由于薄壁零件的刚性差，车削中容易变形。

所以在装夹时要考虑到夹紧力的方向和着力点。

夹紧力的方向应选择在有利于减小夹紧力的部位。

如薄壁零件为套类，则可将径向夹紧力改为轴向夹紧力；薄壁零件为盘类，则可该轴向夹紧力为径向夹紧力；当薄壁零件径向和轴向刚性都很差时，保证夹紧力方向与切削力方向一致，就能使较小夹紧力起到较大夹紧力的作用。

还要夹紧力着力点应落在支承点正对面和切削力部位的附近以减小变形振动。

二、减小薄壁套装夹中变形的措施1、合理确定夹紧力的大小、方向、作用点。

粗、精车加工分开，当粗精车加工使用同一夹具时，粗加工余量大，切削力大。

因而需要较大的夹紧力。

而精车时余量小，切削力小，所需要的夹紧力也就小。

薄壁零件变形分析及改进建议薄壁零件变形分析及改进建议摘要：随着我国社会主义经济的快速发展，各行各业都呈现繁荣景象。

由于薄壁零件具有质量轻、节约材料、结构较为紧密等优良特点，而被广泛应用于机械加工行业。

但是薄壁零件具有口小内大、薄壁、刚性差的缺陷，极易在机械加工过程中发生振动和形变，致使加工过程不能保证加工精度。

通过对薄壁零件进行反复的实验，找出在加工过程中零件发生形变的解决策略。

本文从实际出发，总结和分析了薄壁零件易发生振动和变形的原因，阐述了控制加工过程中薄壁零件发生振动和变形的有效方法，从而保证加工的精度。

关键词：薄壁零件；变形；分析；方法；前言由于薄壁零件具有刚性差、易变形的特点，严重影响了机械加工的精度。

薄壁零件的加工易变形的问题一直是困扰着机械加工行业的主要难题。

为此，许多国内外的专家学者通过反复的实验和验证，建立了多种动态或静态模型，采用先进的有限元技术对加工过程中的刀具和工件进行分析，并依据结论提出了改进加工的有效方法，从而使得薄壁零件的加工工艺有了一些进步。

但在实际生产过程中，我们需要对加工过程中出现的实际变形情况，采用不同的控制措施，以取得较好的生产效率。

影响薄壁零件变形的主要因素在机械加工过程中薄壁零件发生振动和变形的原因多种多样，具有各个方面的影响因素，首先就是在进行零件的设计时，要对零件的结构、工艺性及刚性进行充分的考虑，不断提高薄壁零件的刚性，尽可能的避免加工过程中零件变形，还要保证薄壁零件的对称结构和均一厚度。

在进行零件加工时，选择消除了内应力的毛坯材料。

2.1工件的装夹条件因为薄壁零件具有较差的刚性，在进行加工过程中，如果夹紧力和承受力的作用位置选择不合适，就会增加薄壁零件的内应力；夹、压所产生的弹力极易造成变形，从而影响了零件的表面尺寸、形状和精度，进而导致薄壁零件的变形。

因此，对零件的装夹、定位的合理设计，有助于降低变形的可能性，充分保证加工质量。

2.2加工的残余应力在机械加工过程中，对零件进行加工时会造成刀具与零件的挤压、刀具前刀面和后刀面与已加工表面的挤压、摩擦等作用，从而增加了薄壁零件内部的加工残余应力。

铝合金薄壁件加工中变形的因素分析与控制方法一般认为，在壳体件、套筒件、环形件、盘形件、轴类件中，当零件壁厚与内径曲率半径（或轮廓尺寸）相比小于1：20时，称作为薄壁零件。

这一类零件的共同特点是受力形式复杂，刚度低，加工时极易引起误差变形或工件颤振，从而降低工件的加工精度。

薄壁零件因其制造难度极大，而成为国际上公认的复杂制造工艺问题。

一、薄壁件加工变形因素分析薄壁件由于刚度低，去除材料率大，在加工过程中容易产生变形，对装夹工艺要求高，使加工质量难以保证。

薄壁类零件在加工中引起变形的因素有很多，归纳总结有以下几个方面：1、工件材料的影响铝合金作为薄壁件最理想的结构材料，与其他金属材料相比，具有切削加工性好的特点。

但由于铝合金导热系数高、弹性模量小、屈强比大、极易产生回弹现象，大型薄壁件尤为显著。

因此，在相同载荷情况下，铝合金工件产生的变形要比钢铁材料的变形大，同时铝合金材料具有硬度小、塑性大和化学反应性高等性质，在其加工中极易产积屑瘤，从而影响工件的表面质量和尺寸精度。

2、毛坯初始残余应力的影响薄壁件加工中的变形与毛坯内部的初始残余应力有直接的关系，同时由于切削热和切削力的影响，使工件和刀具相接触处的材料产生不能回弹的塑性变形。

这种永久性的变形一旦受到力的作用就会产生残余应力，而在加工过程中，一旦破坏了毛坯的残余应力，工件内部为达到新的平衡状态而使应力重新分布，从而造成了工件的变形。

3、装夹方式的影响在加工中夹具对工件的夹、压而引起的变形直接影响着工件的表面精度，同时如果由于夹紧力的作用点选择不当而产生的附加应力，也将影响工件的加工精度。

其次，由于夹紧力与切削力产生的耦合效应，也将引起工件残余应力的重新分布，造成工件变形。

4、切削力和切削热的影响切削力是影响薄壁件变形的一个重要因素。

切削力会导致工件的回弹变形，产生不平度，当切削力达到工件材料的弹性极限会导致工件的挤压变形。

在切削加工过程中，刀具与工件之间的摩擦所作的功，材料在克服弹性、塑性变形过程中所做的功绝大部分转化为加工中的切削热，从而导致工件的各部分的温度差，使工件产生变形。