，數(shù)控加工是未來(lái)工件加工的一個(gè)必然的發(fā)展趨勢(shì)。
![4b33845b374434546be9051c53191b77[1].jpg](/ueditor/php/upload/image/20190713/1563027027622215.jpg "1563027027622215.jpg")
1 、薄壁零件的分類(lèi)及特點(diǎn)
生活中常見(jiàn)的薄壁零件的形狀一般為圓環(huán)形
、殼體形以及平板形，這些零件的結(jié)構(gòu)尺寸一般遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其厚度
，而當(dāng)其的結(jié)構(gòu)尺寸或者曲率半徑與自身厚度之比大于20的時(shí)候
，我們稱(chēng)這種零件為薄壁零件。薄壁零件可以按照最基本的材料屬性進(jìn)行劃分
，一般有鈦合金
、塑料以及一些復(fù)合材料，這些不同材料加工出的薄壁零件具有不同的性質(zhì)
，可滿足各種市場(chǎng)的需求
，而本文主要對(duì)鈦合金薄壁零件的高精度加工方法進(jìn)行分析。薄壁零件幾乎都是由薄型板和加強(qiáng)筋條構(gòu)成
，這也是薄壁零件質(zhì)量輕的原因所在
，通過(guò)制造不同規(guī)格的薄壁零件，可適用于各種用途
。按照結(jié)構(gòu)用途可以將薄壁零件分為梁類(lèi)
、接頭類(lèi)、壁板類(lèi)以及肋類(lèi)等類(lèi)型
，這些不同類(lèi)型的零件都是具有各自獨(dú)特的形狀
，完成各自的功能。但是
，這種薄壁零件自身的特性使得生產(chǎn)過(guò)程較困難
，因?yàn)楸”诰哂休^低的剛度，所以在加工過(guò)程中
，很容易出現(xiàn)變形等情況
，導(dǎo)致生產(chǎn)出的薄壁零件不符合標(biāo)準(zhǔn)。由此，可以看出
，對(duì)薄壁零件的加工方法的分析以及對(duì)其加工工藝的優(yōu)化是十分有必要的
，對(duì)于推進(jìn)薄壁零件加工行業(yè)的發(fā)展具有重大意義。
2、影響鈦合金高精度薄壁零件加工精度的因素
在實(shí)際對(duì)薄壁零件的加工過(guò)程中
，影響鈦合金高精度薄壁零件加工精度的因素不計(jì)其數(shù)，其中
，主要的影響因素可以參見(jiàn)圖1
，一般來(lái)講，工件的屬性
、刀具
、機(jī)床這些都會(huì)對(duì)薄壁零件的加工精度造成影響。例如
，如果因?yàn)楣ぜ陨淼膭偠炔蛔?div id="m50uktp" class="box-center"> ，在加工過(guò)程中可能出現(xiàn)的變形就會(huì)導(dǎo)致較大的精度損失，所以
，在加工過(guò)程中
，盡可能減少或者避免工件出現(xiàn)變形的情況，這是提高薄壁零件加工精度最高效的方法
。
2.1 、裝夾因素對(duì)零件變形的影響
裝夾工藝是整個(gè)薄壁零件加工工藝的核心工藝之一，不管是采用何種加工方式
，裝夾工藝的好壞都將直接決定著薄壁零件的加工質(zhì)量
。對(duì)于薄壁零件的加工，裝夾方案
、夾緊點(diǎn)位置和夾緊力等決定著被加工零件的質(zhì)量
。如果采用不合適的夾緊點(diǎn)位置或者夾緊力，可能導(dǎo)致零件出現(xiàn)不同程度的變形
，也會(huì)在很大程度上影響零件的加工精度
。特別是在機(jī)床上進(jìn)行薄壁零件的加工時(shí)，裝夾工藝的重要性體現(xiàn)得淋漓盡致
，其中
，30%～50%的加工誤差都來(lái)源于裝夾工藝。此外
，在薄壁零件加工過(guò)程中
，?A緊力與切削力間力的波動(dòng)效應(yīng)會(huì)產(chǎn)生耦合作用，從而導(dǎo)致加工殘余應(yīng)力和零件內(nèi)部初始?xì)堄鄳?yīng)力重新分布
，這也會(huì)對(duì)零件的加工質(zhì)量帶來(lái)影響。所以，現(xiàn)在薄壁零件的裝夾問(wèn)題依然不容忽視
，提升薄壁零件裝夾工藝對(duì)于防止加工過(guò)程中的零件變形具有十分重大的意義
。
2.2、切削力和切削熱對(duì)零件變形的影響
薄壁零件的加工工藝參數(shù)直接反映了薄壁零件與加工道具之間的關(guān)系
，在薄壁零件的加工過(guò)程中
，由于鈦合金薄壁零件的彈性模量較低，已經(jīng)加工完成的零件表面會(huì)產(chǎn)生較大的回彈
，這樣會(huì)直接導(dǎo)致已加工表面與刀具的后刀面接觸面積增大
，會(huì)對(duì)薄壁零件的加工質(zhì)量的造成非常大的影響，使得零件的加工精度急劇下降
，同時(shí)
，也會(huì)降低刀具耐用度。另一方面
，如果切削力過(guò)大
，超過(guò)了材料的彈性極限，就會(huì)導(dǎo)致零件產(chǎn)生塑性變形
。而且
，切削熱的存在也是影響零件加工質(zhì)量的關(guān)鍵之一，切削熱是由切屑與前刀面
、工件已加工表面與后刀面之間的摩擦產(chǎn)生
，大量的切削熱會(huì)導(dǎo)致工件各部位的溫度不均勻，也會(huì)加劇零件的變形
，從而導(dǎo)致零件加工精度下降
，同時(shí)，零件的表面質(zhì)量也不能得到很好的保證
。
2.3 、殘余應(yīng)力對(duì)變形的影響
薄壁零件中的殘余應(yīng)力主要有兩個(gè)組成部分。一部分是在薄壁零件的初始成形過(guò)程中產(chǎn)生的初始?xì)堄鄳?yīng)力
，這部分殘余應(yīng)力的產(chǎn)生有多種原因
，其中，對(duì)于大面積的拼接合成薄壁類(lèi)零件
，在加工過(guò)程中受到殘余應(yīng)力的影響更加明顯
。第二部分是已加工表面的殘余應(yīng)力，這部分殘余應(yīng)力主要是刀具對(duì)工件表層金屬的機(jī)械作用
、熱作用以及里層金屬的彈性恢復(fù)等各種因素綜合影響的結(jié)果
。在薄壁零件的加工過(guò)程中，極有可能打破零件毛坯中殘余應(yīng)力的平衡
，而這時(shí)候
，零件內(nèi)部的應(yīng)力平衡被打破
，導(dǎo)致應(yīng)力重分布，從而引起零件的變形
。
3、鈦合金高精度薄壁零件加工工藝與優(yōu)化
3.1、從工件的結(jié)構(gòu)上考慮
在對(duì)工件進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的時(shí)候
，不僅僅要考慮工件的使用性能
，還應(yīng)該考慮這種結(jié)構(gòu)對(duì)于加工過(guò)程的適應(yīng)性，不同的工件結(jié)構(gòu)所對(duì)應(yīng)的加工方法是不同的
，為了保證薄壁零件加工的精度
，對(duì)工件結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)尤為重要。一般來(lái)講
，由鈦合金板材加工而成的薄壁零件的應(yīng)用都有較高的精度要求以及使用要求
，零件的變形不僅僅會(huì)導(dǎo)致安裝等過(guò)程中出現(xiàn)困難，并且有可能不能完成設(shè)計(jì)時(shí)零件所需要完成的工作
。所以
，為了避免出現(xiàn)工件在加工過(guò)程中出現(xiàn)變形的情況，第一
，可以考慮將工件設(shè)計(jì)成對(duì)稱(chēng)的結(jié)構(gòu)
，這種結(jié)構(gòu)使得工件在加工過(guò)程中各部分內(nèi)力的釋放是同步的，避免出現(xiàn)內(nèi)力分布不均等情況
。第二
，在薄板的設(shè)計(jì)上，盡可能保證整個(gè)薄板的厚度一致
，并且在工件的一些轉(zhuǎn)角處
，因?yàn)榧庸せ蛘邿崽幚恚赡艹霈F(xiàn)應(yīng)力集中的現(xiàn)象
，可以通過(guò)將轉(zhuǎn)角設(shè)計(jì)位圓弧的結(jié)構(gòu)進(jìn)行過(guò)渡
，從而減小工件的變形。
3.2、從工件的裝夾方面考慮
薄壁零件自身厚度較薄
，僅僅具有較低的剛度，也就是說(shuō)
，工件抵抗彈性變形的能力較弱
，所以，在工件的加工過(guò)程中
，裝夾在很大程度上也會(huì)影響到工件的變形
。裝夾主要是起到固定工件的作用，利用裝夾對(duì)工件進(jìn)行定位以及保證工件在加工中的穩(wěn)定性
，如圖3所示
。不合理的裝夾位置以及夾緊力都會(huì)造成加工精度下降
，所以，在選取裝夾位置時(shí)
，盡量保證各個(gè)裝夾位置成對(duì)稱(chēng)關(guān)系
，而夾緊力的選取可根據(jù)工件的剛度進(jìn)行調(diào)整，當(dāng)工件的剛度較高時(shí)
，可以選擇較大的夾緊力，但是特別注意的是
，但工件的剛度較低時(shí)
，一定要選擇適當(dāng)?shù)膴A緊力，不然很容易造成工件在加工過(guò)程中變形
。
3.3、從熱處理方面考慮
工件一般的熱處理是通過(guò)淬火以及人工時(shí)效處理完成的，而對(duì)工件進(jìn)行熱處理的時(shí)機(jī)對(duì)于減少工件變形來(lái)說(shuō)是十分重要的
。因?yàn)樵趯?duì)工件進(jìn)行熱處理的時(shí)候
，工件因?yàn)樽陨淼臏囟鹊母淖儯诠ぜ?nèi)部就會(huì)產(chǎn)生溫度應(yīng)力以及相變應(yīng)力
，這也就是導(dǎo)致工件變形的主要原因
。同時(shí)，熱處理還不能破壞工件的機(jī)械性能
，所以
，一般可以考慮將熱處理的時(shí)機(jī)安排在胚料粗加工前。?之
，盡可能讓熱處理的時(shí)機(jī)合理化
，這樣才能既保證工件的機(jī)械性能，又能減少工件熱處理導(dǎo)致的變形
。
3.4、從工藝方法和切削液考慮
在工件加工的工藝安排上，首先要根據(jù)不同種類(lèi)的工件其組成結(jié)構(gòu)的不同
，進(jìn)行工序的安排
，其中，應(yīng)特別注意的是
，對(duì)該工件在加工中容易變形的部位進(jìn)行分析
，考慮是否能夠通過(guò)一些工序的調(diào)整減少工件的變形量。其次
，在進(jìn)行工件的粗加工時(shí)
，一開(kāi)始需要預(yù)留下較大的切余量，并做好基準(zhǔn)面定位的工作
，隨著工件加工的進(jìn)行
，需要時(shí)刻注意對(duì)基準(zhǔn)面進(jìn)行修正
，因?yàn)榧庸み^(guò)程中余量的減少必定會(huì)帶來(lái)基準(zhǔn)面的改變。切削液的選擇則主要依據(jù)加工的性質(zhì)以及加工刀具進(jìn)行選擇
，根據(jù)不同的工藝安排以及刀具的使用情況進(jìn)行切削液的合理使用
，有助于提升工件加工的效率。
3.5、薄壁件殘余應(yīng)力的消除
薄壁零件的初始?xì)堄鄳?yīng)力一般是由毛坯材料的受熱因素決定的
，而加工殘余應(yīng)力一般是在進(jìn)行薄壁零件的加工之后才能被反映出來(lái)，所以對(duì)殘余應(yīng)力的研究是值得注重的
，如何預(yù)測(cè)殘余應(yīng)力的影響以及如何消除殘余應(yīng)力對(duì)零件加工質(zhì)量的影響
。
雖然薄壁零件中殘余應(yīng)力的來(lái)源已經(jīng)知道，但是其對(duì)薄壁零件加工中的變形影響卻不能準(zhǔn)確確定
，因?yàn)楸”诩臍堄鄳?yīng)力導(dǎo)致薄壁零件變形一般是由受熱因素和機(jī)械力因素共同作用的結(jié)果
。目前，對(duì)殘余應(yīng)力的控制
，一般是利用當(dāng)前比較流行的有限元分析方法
，建立薄壁零件的有限元模型，并利用數(shù)值分析的方法對(duì)殘余應(yīng)力的影響進(jìn)行預(yù)測(cè)
。此外
，這個(gè)方法不僅可以模擬薄壁件變形矯正后的結(jié)果，還可以預(yù)測(cè)回彈
。
目前
，消除工件毛坯殘余應(yīng)力的方法包括預(yù)拉伸、振動(dòng)時(shí)效
、時(shí)效退火和深冷處理
。在這幾種方法中，又屬深冷處理應(yīng)用最為成功
。深冷處理可以有效地降低薄壁零件中的殘余應(yīng)力
，同時(shí)，該處理還能提高零件的硬度以及強(qiáng)度
、提高工件的耐磨性
，提高了零件的使用壽命。此外
，深冷處理還能保證零件的尺寸精度
、改善零件內(nèi)的內(nèi)應(yīng)力分布。而要減少加工殘余應(yīng)力對(duì)零件加工變形的影響
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