不锈钢薄壁管工件的装夹与加工

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）。

善　一　攮　．　恭　与　；工　艺　装　每　

实用薄壁细长管加工新工艺　王　菁　（湘潭电机股份有限公司，湖南湘潭４１１１０１）　摘　要：在自行研制的１００　ｋＷ超导电机中，　有一个零件是气隙外管，其内径０５５．２　：。０。８　ｍｍ，外　径为０５７．３　ＩＴｌｍ和０５７．２　ｍｍ（壁厚仅１　ｒａｍ），同轴度　．０１　ｍｍ，长３６０　ｍｍ，是阶梯不锈钢　薄壁管。该薄壁细长管加工十分困难。在研制中，　采用数控立铣切削加工薄壁管内孔，再用自行开发　研制的“灌沙式涨胎心轴”装夹后，用车削加工薄壁　管的外圆。实际生产证明：该方法的工艺简单，工　装简便，易于实施，可推广应用于薄壁细长管的切　削加工。　

１　被加工零件的加工要求　薄壁细长管加工困难，易变形，而薄壁细长不锈　钢管加工更困难。在自行研制的１００　ｋＷ超导电机　中，有１个零件是气隙外管，如图１所示。其内径　０５５．２　：ｏ０３８　ｍｍ，外径为０５７．３　’∞ｍｍ和　０５７．２　‘　ｒａｍ（壁厚仅１　ｒａｍ），同轴度Ｏ０．０１　ｍｍ，　长３６０　ｍｍ，是阶梯不锈钢薄壁管。该薄壁细长管　毛坯采用４　ｍｍ厚的不锈钢管（１Ｃｒ１８Ｎｉ９Ｔｉ一６０×　４），要加工成精度极高的气隙外管，难度是很大的。　

圈１气隙外管零件圈　２加工工艺分析　不锈钢材料的切削性能不同于常规的金属材　料，由于材料塑性、韧性大，加工中易产生粘附现象　和形成积屑瘤；此外，还会出现被加工表面的撕扯现　象，使表面粗糙度恶化。故在加工该不锈钢薄壁细　长管时，专门选配了ＳＡＮＤＶＩＫ刀具公司专用于加　工不锈钢材料的切削刀具。　薄壁细长管若按传统的工艺方法：先粗车工件　的内、外圆，再精车其内、外圆。但考虑１　ｍｍ厚的　薄壁细长管的夹持变形和在切削加工中可能产生的　振动会使这种传统的加工方法无法达到该零件的设　计尺寸精度和形位精度要求。为此，经工艺分析讨　论，使用突破常规的方法，用立铣代替车削来加工薄　壁细长管的内孔。我们采用数控龙门铣床上配有的　Ｃ５铣夹头，与ＳＡＮＤＶＩＫ加长防振刀杆的Ｃ５接口　相配。在数控龙门铣床上，利用ＳＡＮＤＶＩＫ加长防　振刀杆，立铣薄壁细长管的内孔。此加长防振刀杆　可拼接，每节长１００　ｍｍ，现采用４节加长防振刀杆　拼接，从而使防振刀杆的总长达４００　ｍｍ，满足薄壁　细长管的长度要求。　另外，还特别选用了ＳＡＮＤＶＩＫ双刃铣刀头加　工薄壁细长管的内孔，以实现对称切削，从而减少切　削时可能产生的工艺系统振动，保证加工工件内孔　的尺寸精度和获得良好的表面粗糙度。　在立铣前，应先对薄壁细长管的管坯件的外圆　柱面进行光刀，以便立铣装夹时校正；同时，将管坯　件的总长一次车到位，以保证工件两端面平行且与　外圆柱轴心线垂直。　立铣薄壁细长管的内孔时　的装夹，采用了自制的“薄壁管　立铣夹”夹持工件定位，如图２　所示。为防止薄壁细长管在内　孔立铣时发生转动移位，“薄壁　管立铣夹”中还采用了防转平　行夹。　经试制，在数控龙门铣床　上利用ＳＡＮＤＶＩＫ加长防振刀　杆，立铣薄壁细长管的内孔，能　达到设计要求。　上压板　

２０１２年４月　第４０卷第８期　机床与液压　

ＭＡＣＨＩＮＥ　ＴＯ０Ｌ＆ＨＹＤＲＡＵＬＩＣＳ　Ａｐｒ．２０１２　Ｖｏ１．４０　Ｎｏ．８　

ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１—３８８１．２０１２．０８．０２０　

３Ｇｒ１３不锈钢薄壁套筒零件的车ｉ￥１￣Ｊｎ工技术研究　

盖立武　

（苏州市职业大学机电工程系，江苏苏州２１５１０４）　

摘要：针对３Ｇｒ１３不锈钢薄壁套简零件刚性差、难以切削的特点，对装夹方式、刀具材料、刀具几何角度、切削用量　和冷却液５个方面进行研究，旨在减少工件变形，提高表面质量。实验结果显示：以增强薄壁件径向刚度为理念设计的专　用夹具，有效解决了薄壁件在切削加工中易变形的难题；以切削理论为依据，运用正交实验法选择的加工参数，能显著提　高３Ｇｒ１３不锈钢薄壁件的表面质量和刀具耐用度。　关键词：３Ｇｒ１３不锈钢；薄壁套筒；专用夹具；正交试验　中图分类号：ＴＨ１６　文献标识码：Ｂ　文章编号：１００１—３８８１（２０１２）８—０５６—３　

Ｔｈｅ　Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　Ｓｔｕｄｙ　ｏｆ　Ｌａｔｈｅ　Ｗｏｒｋ　ｏｆ　Ｔｈｉｎ　Ｌｉｎｅｒ　Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ　ｏｆ　３　Ｇｒｌ　３　Ｓｔａｉｎｌｅｓｓ　Ｓｔｅｅｌ　

ＧＡＩ　Ｌｉｗｕ　

（Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ　ｏｆ　Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　ａｎｄ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｓｕｚｈｏｕ　Ｖｏｃａｔｉｏｎａｌ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，　

Ｓｕｚｈｏｕ　Ｊｉａｎｇｓｕ　２１５　１０４，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ　ｖｉｅｗ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ｏｆ　ｂｅｉｎｇ　ｌａｃｋ　ｏｆ　ｒｉｇｉｄｉｔｙ　ａｎｄ　ｄｉｆｆｉｃｕｌｔ　ｔｏ　ｃｕｔ　ｏｆ　ｔｈｉｎ　ｌｉｎｅｒ　ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ　ｏｆ　３　Ｇｒｌ　３　ｓｔａｉｎｌｅｓｓ　ｓｔｅｅｌ，ｔｈｅ　ｓｔｕｄｙ　ｗａｓ　ｔｏ　ｒｅｄｕｃｅ　ｔｈｅ　ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｗｏｒｋｐｉｅｃｅ　ａｎｄ　ｔｏ　ｅｎｈａｎｃｅ　ｑｕａｌｉｔｙ　ｏｆ　ｉｔｓ　ｓｕｒｆａｃｅ，ｂｙ　ｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ　ｔｈｅ　ｓｔｕｄｙ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｆｉｖｅ　ａｓ—　ｐｅｃｔｓ：ｃｌｉｐ　ｉｎｓｔａｌｌｍｅｎｔ　ｐａｔｔｅｒｎ，ｍａｔｅｒｉａｌ　ｏｆ　ｃｕｔｔｉｎｇ　ｔｏｏｌ，ｇｅｏｍｅｔｒｉｃ　ａｎｇｌｅ　ｏｆ　ｃｕｔｔｉｎｇ　ｔｏｏｌ，ａｍｏｕｎｔ　ｏｆ　ｃｕｔｔｉｎｇ　ｅｘｐｅｎｓｅ　ａｎｄ　ｃｏｏｌｉｎｇ　ｌｉｑｕｉｄ．　Ｔｈｅ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｉｎｄｉｃａｔｅ：ｔｈｅ　ｓｐｅｃｉｆｉｃ　ｃｌａｍｐ　ａｐｐａｒａｔｕｓ　ａｃｃｏｒｄｉｎｇ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｎｅｗ　ｄｅｓｉｇｎｉｎｇ　ｐｅｒｓｐｅｃｔｉｖｅ　ｏｆ　ｉｍｐｒｏｖｉｎｇ　ｔｈｅ　ｒａｄｉａｌ　ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ　ｒｉｇｉｄｉｔｙ　ｏｆ　ｔｈｉｎ　ｌｉｎｅｒ　ｃａｎ　ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ　ｓｏｌｖｅ　ｔｈｅ　ｐｒｏｂｌｅｍ　ｏｆ　ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｄｕｒｉｎｇ　ｌａｔｈｅ　ｗｏｒｋ；ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｃｕｔｔｉｎｇ　ｔｈｅｏｒｙ，ａｄｏｐｔｉｎｇ　ｔｈｅ　ｍａｃｈｉｎｉｎｇ　ｐａｒａｍｅ—　ｔｅｒｓ　ｓｅｌｅｃｔｅｄ　ｂｙ　ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ　ｃａｎ　ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙ　ｕｐｇｒａｄｅ　ｔｈｅ　ｓｕｒｆａｃｅ　ｑｕａｌｉｔｙ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｃｕｔｔｉｎｇ　ｔｏｏｌ　ｄｕｒａｂｉｌｉｔｙ　ｏｆ　ｔｈｉｎ　ｌｉｎｅｒ　ｃｏｍｐｏ－　ｎｅｎｔ　ｏｆ　３　Ｇｒ１３　ｓｔａｉｎｌｅｓｓ　ｓｔｅｅ１．　Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：３Ｇｒ１３　ｓｔａｉｎｌｅｓｓ　ｓｔｅｅｌ；Ｔｈｉｎ　ｌｉｎｅｒ；Ｓｐｅｃｉａｌ　ｆｉｘｔｕｒｅ；Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ　

1 / 12 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。

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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。