薄壁零件加工工艺的研究与优化

雷巧林

薄壁零件一般是指加工件的壁厚和轮廓尺寸之间的比例小于1:20的加工零件。其结构有薄板型、薄壁筒型及薄壁箱型等，其具有重量轻、空间占用比较小等优势，被广泛用于精密仪器、航空航天等尖端领域。薄壁零件的刚性一般较差、抗变形能力弱，因为在加工过程中的夹紧力、切削力、加工热量及残余应力，很容易造成薄壁零件发生变形，良好合理的加工工艺对薄壁零件的加工质量具有重要影响。

1 利用耳片改进加工工艺

本文以薄壁零件为例，零件主轮廓尺寸如图1、图2所示，该零件结构复杂，零件材料的去除率高达85%，要求加工精度高。根据该零件的加工要求，可以采取多种加工方案，但各方案均存在一定的精度及效率问题。第一种方案可采用五轴数控车床进行加工，将零件要求的工艺凸台进行一次性加工，达到零件加工要求。此方案的缺点在于五轴机床加工成本较高，且要求操作技术水平较高。第二种方案采用三轴数控铣床进行加工，采用专用夹具，以保证零件加工要求。该方案优点在于加工成本低，但零件的薄壁容易发生变形，加工过程容易出现不稳定造成精度降低，且加工效率较低。

图1 零件右侧轮廓尺寸

图2 零件左侧轮廓尺寸

综合不同方案的优缺点，采用在毛坯料上设置工艺耳片的方案，通过耳片实现对零件的加工测量，既可以保证加工精度，又提升了加工效率、降低了加工成本，弥补了以上两种方案的不足。该零件结构较复杂，包括曲面、平面、孔等构成，常规加工方案是采用专门夹具进行夹持，先加工零件正面，再加工零件背面，该方法加工效率低且容易造成零件变形。对常规加工工艺进行优化，先是取体积轮廓大于零件的毛坯料，然后加工毛坯料上的定位表面，再围绕零件去除多余材料，并保持正反面之间的筋板，保证零件不从毛坯上脱落。最后利用钳具将零件从毛坯上取下，并进行其他处理。

2 改进型加工方案操作流程

2.1 毛坯处理

取比零件尺寸大的毛坯料，并设定工艺耳片，作为零件定位和测量的基准。加工毛坯时，毛坯的上下表面都要进行加工，且要保证表面粗糙度小于3.2μm，以作为找正、定位及测量标准。其他表面粗糙值要求小于6.3μm。工艺耳片大小取18～23mm，其尺寸取决于零件的尺寸，在保证零件被夹紧的前提下，尽量降低耳片尺寸，以减少用料量。

2.2 一次固定加工

将薄壁零件的毛坯料固定安装在铣床的加工工作台上，利用毛坯上已处理好的表面进行定位，将压板压在工艺耳片上，对异形薄壁毛坯料进行夹紧固定。然后根据图纸上的尺寸及精度要求，对毛坯件上表面部位的异形薄壁部分进行加工。

2.3 二次固定加工

将压板松开，对零件进行180°翻转，重新将压板压在工艺耳片上进行加固。然后根据图纸要求，对毛坯下表面部位的异形薄壁进行加工，在这一加工过程中，需要留有能够连接薄壁零件的上下部分的筋板，以保证零件不会从耳片上脱落下来，避免发生加工精度偏差。一般筋板厚度为 2～ 4mm。

2.4 后期处理

将加工后的毛坯和零件从铣床上取下，利用钳具将零件与耳片进行分离，并进行一些必要的后期处理，去除多余的加工残渣，对表面进行进一步的打磨，保证表面光滑度。

3 结语

本文对传统正反面加工工艺进行一定改进，以零件的最大轮廓尺寸为基准，在零件外轮廓设置工艺耳片，通过夹紧耳片，进行基准面的找正和定位，对异形薄壁零件进行加工，并留有连接零件和毛坯件的筋板，最后利用钳具去除筋板，将零件从毛坯上分离，完成异形薄壁零件的加工。该方法解决了异形薄壁零件加工变形的问题，在保证加工精度的前提下，既提高了加工效率，又降低了加工成本。

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