零件装夹变形分析与解决措施

薄壁零件装夹变形原因及控制精密薄壁零件是目前制造业发展的一个重要方向,薄壁零件的装夹是其生产制造中的一个重要环节,但由于工艺不合理,对薄壁零件认识不够等因素造成的装夹变形时有发生。

该文分析了薄壁零件装夹变形的产生原因,并提出了一些控制对策。

薄壁零件,装夹变形,原因,对策薄壁零件的加工变形,一直是机械加工制造业的一个难题,很多国内外学者都对薄壁零件的加工变形问题进行了分析了研究,使得薄壁零件的加工技术有了一定的突破。

实际工作中,要想通过合理的对策解决薄壁零件的加工变形问题,就要首先认清产生变形的原因。

1.薄壁零件装夹变形的成因及区分薄壁零件出现变形有很多的原因,在设计零件的过程中,不仅要考虑零件设计结构的工艺性,还要提高零件结构的刚性,防止在加工中出现变形,尽可能保证零件结构对称、薄壁厚度均匀,选择毛坯时,最好选择没有内应力的原材料。

在制造系统中,零件加工变形的主要因素有,工件的装夹条件。

由于薄壁零件的刚性比较差,加工时不恰当的选择央紧力与支承力的作用点,导致附加应力,夹、1压的弹性变形会一定程度上影响零件表面的尺寸精度和形状、位置精度,导致变形。

加工残余应力。

在零件加工过程中,由于刀具对已加工面的挤压、刀具前刀面与切屑、后刀面与已加工表面之间的摩擦等综合作用,导致零件表层内部出现新的加工残余应力。

由于不稳定的残余应力的存在,一旦零件受到外力作用,零件就会在外力与残余应力的作用下产生局部塑性变形,重新分配截面内的应力,去除外力作用后,零件就会受到内部残余应力的作用出现变形。

这种由于切削过程中残余应力的重新分布,造成的零件的变形,会严重影响加工质量。

切削力和切削热、切削振动。

为了避免被加工材料产生弹性变形、塑性变形以及刀具与切屑和工件之间的摩擦,切削过程会产生切削力和切削热,在两者作用下,很容易导致零件振动和变形,进而影响零件的质量。

另外,造成零件变形的影响因素还有机床、工装的刚度,切削刀具及其角度、切削参数和零件冷却散热情况等。

如何分析产生变形的原因对于机械加工来说，差不多的理念是致命的，一个看起来差不多的产品，如果再和其他组合使用，缺陷就会继续放大，导致工厂的加工品质一直达不到高端精密的制造要求。

我们都知道加工中心的工件变形问题比较难解决，因此首先必须分析产生变形的原因，然后才能采取应对的措施。

一、工件的材质和结构影响形变变形量的大小与形状复杂程度、长宽比和壁厚大小成正比，与材质的刚性和稳定性成正比。

所以在设计零件时尽可能的减小这些因素对工件变形的影响。

尤其在大型零件的结构上更应该做到结构合理。

在加工前也要对毛坯硬度、疏松等缺陷进行严格控制，保证毛坯质量，减少其带来的工件变形。

二、工件装夹时造成的变形首先夹具使用需要选择正确的夹紧点，根据夹紧点位置选择适当夹紧力。

尽可能使夹紧点和支撑点一致，使夹紧力作用在支撑上，夹紧点应尽可能靠近加工面，且选择受力不易引起夹紧变形的位置。

（来源夹具侠）当工件上有几个方向的夹紧力作用时，要考虑夹紧力的先后顺序。

对于使工件与支撑接触夹紧力应先作用，且不易太大，对于平衡切削力的主要夹紧力，应作用在后。

增大工件与夹具的接触面积或采用轴向夹紧力。

增加零件的刚性，是解决发生夹紧变形的有效办法，但由于薄壁类零件的形状和结构的特点，导致其具有较低的刚性。

这样在装夹施力的作用下，就会产生变形。

增大工件与夹具的接触面积，可有效降低工件件装夹时的变形。

如在铣削加工薄壁件时，大量使用弹性压板，目的就是增加接触零件的受力面积；在车削薄壁套的内径及外圆时，无论是采用简单的开口过渡环，还是使用弹性芯轴、整弧卡爪等，均采用的是增大工件装夹时的接触面积。

这种方法有利于承载夹紧力，从而避免零件的变形。

采用轴向夹紧力，在生产中也被广泛使用。

设计制作专用夹具可使夹紧力作用在端面上，可以解决由于工件壁薄，刚性较差，导致的工件弯曲变形。

三、工件加工时造成的变形工件在切削过程中由于受到切削力的作用，产生向着受力方向的弹性形变，就是我们常说的让刀现象。

薄壁零件装夹变形的有限元分析摘要：本文应用分析软件ABAQUS的接触功能，从薄壁零件装夹简化模型面—面接触模型入手，建立了三维接触模型，进行了有限元分析，并以薄壁零件的变形量为评价指标，得出有限元分析结果，以全面了解和掌握精密薄壁零件装夹变形情况，为实际加工过程提供参考依据。

关键词：薄壁零件；精车夹具；装夹变形；有限元分析目前对装夹技术的研究主要集中在装夹方案的理论分析和装夹过程的误差分析，而工程技术人员在进行具体工装设计时，主要依靠设计人员的经验进行定位和夹紧方案的设计[1]。

由于经验设计所取安全系数比较大，造成夹具材料消耗多，夹紧变形大，设计周期长。

随着轻量化设计技术的推广，有限元分析工具在产品工装设计中的应用将越来越广。

薄壁零件是一类生产中常见的典型零件，其结构特点是刚性差，对夹紧力要求非常严格，既要保证夹紧可靠，同时又要保证夹紧变形小。

为实现薄壁零件加工夹具的快速设计和轻量化设计，本文以某薄壁舱体精车夹具为例，应用有限元方法，分析了双锥涨簧夹具机构的夹紧力、夹紧变形，为薄壁类回转零件的夹具设计提供了参考依据。

2.加工夹具设计[2]根据零件形状特征及精车要求，内孔dl采用双锥涨簧结构定位夹紧，右端内孔d2采用单锥涨簧结构定位夹紧，如图2所示。

两套涨簧全线支承薄壁加工零件内孔，使零件加工处于正确的理想尺寸状态。

根据大直径薄壁件刚性弱的特点，为保证零件1.8mm的壁厚均匀，达到加工零件的同轴度Ф0.06 mm 设计要求，涨簧设计采用全圆柱面接触，以增加零件整体加工刚性。

如图3所示为螺母旋紧带动活动锥体挤压双锥涨簧、涨簧变形而夹紧工件的过程。

1.轴2固定锥本3.销 4.双锥涨簧 5.活动锥体Ⅰ6.导向键7单锥涨簧8.活动锥体Ⅱ9.螺母3.装夹变形接触问题分析中有限元方法的应用在机械结构设计中，零件间的接触和配合是很常见的。

对于精密薄壁零件的装夹过程而言，螺母旋紧带动活动锥体挤压双锥涨簧、涨簧变形而夹紧工件的过程即是典型的接触问题。

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。

薄壁类零件加工装夹技术研究摘要：由于薄壁零件具有重量轻、结构紧凑等诸多优点，因而其在航空航天等领域具有较普遍的应用。

基于此，本文分析了薄壁类零件加工的装夹技术。

关键词：薄壁零件；加工；装夹薄壁零件由于重量轻、比强度高等结构特点，所以在航空航天等行业的许多重要零件为薄壁结构。

由于薄壁结构零件刚度差，制造过程中在夹具夹紧力和切削载荷的作用下极易产生加工变形，使其加工精度和表面加工质量难以控制，因此，研究薄壁类零件加工装夹技术有着重要的意义。

一、薄壁零件加工问题1、装夹不当导致变形。

通常，薄壁零件内外直径差距较小，强度较弱，在车床作业中直接利用三爪自定心卡盘进行固定，将导致各爪点局部不稳，引发零件整体变形。

在过去的薄壁零件加工中，需要使零件上各夹紧点达到稳定均衡，所以需增大装夹接触面，从而减少零件整体变形量。

但采用该种加工方法，仍然无法杜绝零件变形问题的发生。

2、切削不合理导致变形。

在车削加工中，会产生较强震动。

在切削工艺不合理的情况下，就会导致薄壁零件变形。

为减少切削时刀具所受的阻力，以免零件因阻力过大产生塑性变形或弹性变形，通常需结合刀具类型进行前角调整。

比如在刀具为高速钢材质时，需将前角设定为6°～30°。

在刀具为硬质合金刀时，前角在5°～20°范围内。

而未能进行车削用量的合理选择，将导致薄壁零件产生各种变形。

分析这一现象产生的原因可发现，金属切削主要受两个因素的影响，即背吃刀量和进给量。

在同时增大这两个量的情况下，零件会因切削力增大而变形。

在背吃刀量减少、进给量增大的条件下，尽管切削力会减小，但由于工作表面剩余面积大，零件所受内应力也增大，最终导致零件变形。

因此，还要合理进行切削用量的选择，才能避免零件变形。

3、刀具不合适导致变形。

薄壁零件在车削时，选取合理的刀具至关重要，尤其是对刀具几何角度的选择，不仅会影响切削力的大小，也会影响车削中产生的热变形程度，需关注的是，在薄壁零件的工作表面微观质量的把握也很重要。

薄壁零件加工变形的原因分析及控制方法摘要：在科学技术水平不断提高的今天，越来越多先进的技术和零件被不断的研发出来，并且在实际的应用过程当中能够发挥出良好的作用。

就从目前的情况看来，薄壁零件自身重量比较轻，整体的结构也比较紧凑，该零件在通常的情况下都会应用于航空、船舶等多种产品当中。

不过，薄壁零件在实际的加工过程当中往往会受到很多因素的影响，从而导致零件变形的情况，进而对产品质量造成很大程度的影响。

为此，相关企业需要对薄壁零件加工变形原因进行充分地分析，根据实际的情况来采取措施进行控制。

关键词：薄壁零件；加工变形；原因；控制前言通过实际的调查发现，现阶段我国航天航空和船舶工业随着社会整体经济水平的提高而得到了进一步发展，在这种情况下它们对生产的零件也有着较高的要求。

为了能够进一步提高薄壁零件的各项性能，相关企业在实际加工过程中要对影响其变形的原因予以足够的重视，并且对薄壁零件的加工特点进行充分地分析和了解，这样才可以对其进行有效地控制，为企业带来一定的经济效益。

一、导致薄壁零件加工变形的原因分析就从目前的情况看来，部分企业在对薄壁零件加工过程当中导致其发生变形的因素比较多，这些因素可以分为零件的刚度、工具夹装、走刀路线、切削参数等，对薄壁零件加工变形影响程度最大的三个方面是：切削力、装夹力和残余应力，这就要求加工人员要对这些方面进行充分地分析，在此基础上采取相应的措施来对加工方法进行不断的改进和调整，这样才可以保证薄壁零件在加工过程当中不会发生变形。

（一）加工过程中的切削力在通常的情况下，薄壁零件在加工过程当中切削力主要可以对其实际的尺寸、形状和位置造成一定程度的影响，切削力往往也会受到很多方面的影响，加工人员没有对零件进行充分分析而导致切线参数设置不合理，在实际进行切削的时候就会出现一定的误差还有就是加工人员对切削刀具的磨损程度没有进行充分地分析了解，这样就会导致切削无法达到预期的标准。

这些因素都会对切削力的设定值带来一定程度的影响，薄壁零件受到应力与热量之间的相互影响而最终就会出现变形，其自身的质量也会进一步的降低。