基于加工误差综合分析的薄壁件工艺顺序及参数优化方法研究

谭波

四川化工职业技术学院，四川 泸州，646000

0 引言

国内的零件加工业目前逐步壮大，而对于零部件的需求量也在不断增加。目前有很多企业急需大口径的薄壁零件，薄壁件已经成为领域范围内非常重要的设施。在加工薄壁零件时，工艺技术非常重要，也是体现其基础性能的指标，例如拉伸性能。同时也会影响到设计以及安全评定等。薄壁件工艺会随着材质的不同产生不同的变化，敏感性也会出现增大情况，主要与温度有很大关系，当对其进行测试时，其形变强化会产生塑性变形量。零件业加工往往对其工艺要求非常高，对其参数也会有很高的要求，本文针对加工误差中所形成的性能影响展开分析，并且提出合理的改进措施和方案。

1 加工误差综合分析的薄壁件性能的影响

1.1 立杆间距不符合方案要求

立杆间距过大，不符合制作要求，同时由于技术力量薄弱，导致支撑体系无法满足较大的承载能力，也会影响到架子的稳定状况，在严重的情况下会出现倒塌。在施工中要按照图纸要求，支撑间距小于1.3m×1.3m[1]。

1.2 斜撑设置不满足方案要求

模具斜撑未按照工作要求，无法与图纸匹配，对模板的稳定性带来影响，同时也会对刚度造成影响，在后期会造成混凝土浇筑出现偏移等情况。斜撑设置间距过大或安装不满足要求的，需补设斜撑。此时操作一定要按照规章要求，检验查收要符合相关标准规定，不满足技术要求需要及时整改。

1.3 生产零件表面粗糙问题

加工行业由于受到设备的影响，所以打造的零件光滑度无法符合标准，从而会降低工作效率。光滑度比较优质的零件，在生产之后会产生较小的摩擦力。但是光滑度较差的零件就会产生较大的摩擦力，从而会影响到实际的工作效率，同时也会对机械带来严重影响，在生产中铣工所打造出来的零件非常粗糙，但是根据分析，目前表面粗糙的主要原因是，铣刀刃口由于长时间使用会变得迟钝，另外在震动下也会导致零件的粗糙，铣刀几何参数无法与要加工的零件匹配，拖刀现象等，都是影响零件质量的原因。所以在生产时，每一个环节都需要谨慎，要避免出现质量问题。

1.4 生产中常见的误差

刀具的选择一定要合理，要避免误差的产生，尤其是在铣工流程中，车床上的刀片选择非常重要，因为在工作中可以加工水平面，也可以加工垂直面，同时还可以展开钻孔工作。但是在很多工厂中，因为设备陈旧，所以会导致制作出的零部件有很大误差。这些零件无法满足生产的需求，所以只能被淘汰。刀具质量较差会影响到工作效率，所以在选择时一定要按照其几何参数。另外还需正确使用冷却液，要避免刀具有过多的磨损。

1.5 加工过程中造成安全事故

铣工大多会使用在大型设备上，所以这些设备较为精密，如果稍有差池，就会出现安全事故。在构建的摆放以及滚动等工作中，容易出现压手、压脚等事故。在工作中一定要注意自身安全，所有的工作人员要高度重视此类安全问题。

1.6 背楞、螺杆设置不符合方案要求

背楞高度与其他零部件之间的距离不符合相关规定，所以会导致零部件出现移动以及弯曲变形等情况。在操作中，一定要按照严格要求，背楞及对拉螺杆间距过大的需及时补设加固。

2 表面层冷作硬化的影响

检测在工艺加工当中所形成的塑变性，针对常见的扭曲变形来看，由于纤维状组织遭到破坏，所以产生了工艺加工的硬化现象，而此时表面硬度比较大。加工中所体现的硬化现象主要是因为金属表面出现了质量较差的情况，所以对质量带来严重的影响，加工中所产生硬化现象也会促使金属出现变形的情况，物理性能也会出现巨大的变化。另外作用力也会使其稳定性出现变化，此时叫做金属的弱化。

3 试样表面材料的金相组织影响分析

一旦工件表面在切割加工时所产生的温度高于材料发生相变的温度，在工件表面产生相变进而使工件表面金属的组织发生改变。因组织的改变使得金属的性能发生大的变化，其中材料的硬度与强度降低，出现残余应力，甚至会出现细微的裂缝，即“磨削烧伤”[2]。

主要有磨削烧伤、退火烧伤、回火烧伤以及淬火烧伤等。由于金属的不同，不同密度的金相组织也会出现，从而金属的比容也会不同，表面产生残余应力，也因工件在切削加工过程中被切削的区域会产生大量的热，残余应力因此产生。

4 薄壁件工艺对金属材料拉伸的影响分析

从样坯加工到合格的拉伸试样，需要多种的加工方式和工艺，如加工圆形的试样就需要使用车床，加工矩形的试样则需要铁床或刨床和平面磨床。同时，特别注意车削、磨削的深度和其进给的速度，还有润滑冷却等方面需要适当，从而能够防止材料因受热或其加工的硬化而影响到其拉伸性能。

严格规范机加工试样，进而避免影响材料的性能测定方面。在实际的检测工作中，需要正确认识和掌握其各种因素对拉伸试验结果的影响，提高薄壁件工艺的精度，并严格按照标准的尺寸要求来进行加工，避免取样和制备过程中的热影响和加工硬化现象影响[3]。

5 薄壁件工艺过程中存在的问题

5.1 薄壁件加工行业盈利能力下降

据统计，从2015年一直到2019年，国内的薄壁件加工行业销售额已经在不断地增长，但是整体的利润却出现了下降的情况，从2019年开始，薄壁件加工行业的销售额已经达到了九千多亿元。同比上一年增长了6%，利润已经达到了174亿，但是比上一年下降了3%。从销售利润来看，目前国内的薄壁件加工行业出现下降的情况，从2015年开始下降了6.3%。一直到2019年下降了.6%，下降的幅度已经远远超出130%，说明国内的薄壁件加工贸易目前已经呈现摩擦性常态。目前国内的薄壁件加工行业面临着巨大的竞争力，所以出口量虽然在逐渐增加，但是利益却很少。西方发达国家已经成为薄壁件加工业的出口大国，从2016年起，国内开始对贸易进行保护，因为国外对国内的薄壁件加工行业展开了反调查。2019年开始，西方发达国家再次针对中国的薄壁件出口展开了反倾销调查，与国内的薄壁件加工行业出现摩擦性常态，为出口带来了巨大的压力，同时也面临着很大的难度。

5.2 薄壁件加工质量有待提高

我国是人口大国，随着人口不断增加，对于原材料的需求也会越来越多，薄壁件材在人们的生活中，是非常重要的一种材料。在不久的将来，薄壁材料的消费会具有较强的发展潜力，尤其是目前国内的薄壁件加工行业，政策非常严格，所以导致盈利持续下降，然而贸易摩擦也带来了严重的影响，促使国内的薄壁件加工行业必须要快速转型。从数量转变成质量，以此为发展方向，国内薄壁件加工行业需要延长产业链，并且要提高现实技术以及装备的等级。按照客户的要求来研发全新的薄壁件材料产品，不断的改善产品结构，适当的提升产业链所产生的附加值，目前绿色，环保以及节能等已经成为政策中的重点，也是国内落实的重要方针，作为薄壁件加工行业，应该提高产品技术，要避免污染环境，同时应该降低能耗等，力求做到绿色制造。

6 薄壁件工艺处理办法

6.1 降低毛坯内应力

内应力如果想要降低，那么可以采取自然以及人工的方式来进行处理。此时因为余量较大，所以在加工零部件的时候，会出现变形的情况。同时还会出现掉毛坯的情况，为了避免加工变形，首先应该将预先加工放置半个小时，可以将内应力持续的释放[4]。

6.2 改善刀具的切削能力

刀具的使用要根据其几何参数来进行选择，另外刀具的材质也特别重要，要避免切削热量所带来的影响。使用合乎标准的道具，能够避免零件出现变形。刀齿切削刃部，要有一定的粗糙度，但是应该低于Ra=0.4um。为了避免出现毛刺以及锯齿纹，这是必不可少的一个步骤，同时也能够降低切削热。刀具在使用一段时间之后，会出现不同程度的磨损，尤其是磨损值逐渐增加时，切削温度也会不断增加，此时零件出现的变形情况会非常的严重。选择使用耐磨性较好的刀具材料，否则会出现积屑瘤。在进行切削中，要保证工件温度，不可以超出100℃，要避免变形[5]。

6.3 改善工件的夹装方法

有些零部件的刚性比较差，要采取一些方法，要避免其变形。薄壁零件，可以使用三爪来进行固定。尤其是薄壁零件，在加工的时候，可以使用真空吸盘，这样做可以让夹紧力比较均匀，同时在切削时可以充分避免工件变形。另外，填塞法也是不错的一种方式，可以提升公益刚性，同时也可以当做填充介质使用。在装夹和切削时，可以充分避免工件变形。例如在工件内放入3%～6%的尿素熔融物，在经过加工之后，弓箭需要浸泡到水或者是酒精当中，此时可以很轻松地将填充物取出。

6.4 合理安排工序

进行高速切削会因为断续切削以及加工量过大，以及剧烈的震动，此时会影响到精确度，同时也会造成表面过于粗糙。使用数控的工艺，在粗加工时，应该以半加工为主。此时对零件的精确度有很高的要求，在制作后还需要进行二次加工，最后才可以展开精细加工。在粗加工之后，零件需要冷却才可以排除内应力。避免变形粗加工所产生的余量会比变形量大，所以一般可达到1～2mm。在经过精细加工后，零件的精确度会维持在0.2～0.5mm，使用刀具在进行加工时，应该保持平稳状态，可避免切削变形，零件的表面非常的光滑，可确保质量，同时也能够保证精确度[6]。

7 减小加工变形的操作技巧

7.1 保证散热性

对于余量较大的零部件展开加工的时候，首先散热条件要好，要避免热量出现集中的情况。例如90mm的板料在进行加工时，最后需要达到60mm，先从一侧进行加工，然后加工另一侧，但是一定要注意散热，其表面要达到一定的平整度。每一面要分两道工序来进行加工，最后的尺寸需要保持在0.3mm。

7.2 多次加工

针对板材零件进行加工时，如果具备多个型腔，那么需要采用多次加工的方式，要避免零件由于受力不均而出现变形的情况。多次加工可以使零件的每一个型腔受到不同的力度，然而零件的受力是非常均匀的，这样才可以避免变形。切削热的产生会对切削力度有一定的影响，此时加工余量如果过高，那么切削力不能太大，很容易导致零件变形，同时对机床主轴的刚性会产生影响，并且还会促使刀具加速老化。

7.3 走刀顺序需要合理需要科学

在进行粗加工的时候，一定要提升其加工效率。在追求时间的情况下，要保证零部件的表面没有多余材料，表面应该呈光滑状，并且有几何轮廓。经过精细加工，其质量要保证一定的精准度。薄壁工件装夹时很容易出现变形的情况，为了避免工件变形，要根据经验以及手感进行装夹，不易过紧也不易过松，要保证其刚性。

7.4 避免过度用力

带型腔零件在进行加工时要避免铣刀力度过大，有些操作人员由于操作失误，在使用中将其当做钻头，使用垂直向下的方式去加工零件。此时会导致空间不足，无法排除参与废料，此时零件会出现过热，也会出现膨胀的情况。会导致断刀出现，此时会造成一定的危险。同时所制作出的零件根本无法使用，同时也会造成欧剧的损坏。所以操作人员一定要按照合理的方法去操作，要避免违法操作。不仅仅会引起设备的损坏，同时还会带来人员伤害。在加工中，人员安全是重中之重，然而加工的质量也是非常重要的，所以一定要按照规程来操作。

7.5 EHM有限元模型的建立

EHM是属于较为复杂的相互耦合过程，刀具与工件在充分接触后会产生快速加热的情况，需要经过一系列耦合反应：在达到一定电接触状态时，能够迅速加热刀具与工件的接触部分。通过利用焦耳热以及摩擦热的方法来对其温度场产生重要影响。本次研究主要是将EHM模型进行简化，而后形成导电加热与切削系统。首先，通过深入分析和研究而得到闭合电路的瞬间所产生的热量，然后将该温度作为切削起始温度，之后将工件的初始温度不断改变，观察其切削效果，以此来设置仿真实验过程。便于观察和研究起始温度对工件切削效果的影响。

7.6 刀具及工件的网格划分

DEFORM软件可以自行计算给出答案，在其运算求解时，可以自动连接系统的网格划分装置，然后不断对其进行细化，升级和完善网格模型。大多数情况下认为该模型为平行四边形，另外还可以将该模型设定为三角形。由于刀具与工件接触的区域会产生严重的变形，因此在刀尖与工件接触较近的部分，DEFORM系统软件便会自动地运用更高等级的计算方法来对高密度的网格进行计算。而离刀尖位置较远的部分，该软件则会自动选择网格密度较低的计算方式。这种方法有利于缩短计算时间，提高工作效率。本篇文章主要针对刀具的切削温度与磨损情况进行深入分析和研究，因此本次研究将刀片设置为刚性体，将工件设置为塑形体。

7.7 磨损模型

DEFORM软件共可以提供两种不同的磨损模型。分别为Archard和Usui模型，多数情况下Archard磨损模型多被用于锻造加工。而Usui磨损模型更适合用于金属材料加工。本篇文章的刀具磨损模型所应用的为Usui模型。该模型对消切速度及力度、接触压力及温度等多方面因素进行精准分析，对刀具的磨损率更加精准。一般情况下，EMH切削过程当中，会受到温度影响，使刀具与工件之间相互接触，摩擦生热，从而使刀具磨损。刀具的表面磨损情况能够清晰的反映出刀具的使用寿命。通过实验数据结果可知，刀具的磨损程度受电流强度影响较大。其表面磨损率与电流的强度呈负相关，因此为了延长刀具的使用寿命，可以适当的增加电流强度。

8 结语

综上所述，薄壁件工艺加工无论是对于金属材料的表面还是内在结构都具有很严重的影响，不仅会影响到金属材料的外观，更会严重影响金属材料的使用性能以及自身的结构和形状，希望在本文相关的一系列的建议的帮助下，这些问题可以得到有效改善以及缓解。总之，随着现代工业与科技的不断进步与发展，新型材料不断兴起与广泛应用，对金属材料的拉伸表面和精度有了更高的要求，因此，应该特别对起材料表面及精度、误差等方面进行详细分析，通过薄壁件的质量和拉伸性能提高，为其行业更好的发展作出更大的贡献。