如何减少薄壁零件加工变形

前 言 ‍

金属零件，尤其是薄壁零件在加工过程中由于材质本身的状态及加工过程中热应力等因素的影响，变形是不可避免的，主要原因是薄壁零件刚性差、强度弱，在加工中极易产生变形，使零件的形位误差增大，不易保证零件的加工质量。

在加工以及加工过程中，选择合适的夹具夹持薄壁零件并且根据零件的加工工艺要求改进夹具结构能够有效改善这一问题。本文将介绍一款薄壁零件夹具以及一位热心用户在设计薄壁零件夹具过程中对夹具改进的分享。

▲ 铝制薄壁类零件

外抱式静压膨胀夹具是一种超高精度夹具，夹持回转精度可以达到≤3μm; 尤其适合于夹持薄壁工件，解决高精度加工中的夹持难题。

‍一、外抱式静压膨胀夹具结构原理‍

图1是外抱式静压膨胀夹具的结构示意图。在夹具主体与夹紧孔薄内壁之间有一个环形封闭油腔。当拧紧胀紧螺钉时，油腔内油压升高，使夹紧孔薄内壁承受均匀外压，向中心均匀收缩而抱紧被夹持工件的外圆柱面; 当松开胀紧螺钉时，油腔内油压回落，夹紧孔薄内壁在弹性回复力的作用下回复到原始直径而松开被夹持工件。

图1 外抱式静压膨胀夹具的结构示意图

二、外抱式静压膨胀夹具应用

在机床上常用卡盘夹持工件外圆，例如在车床、磨床上用卡盘夹持工件。但是当工件是薄壁件或者要求夹持精度≤10μm时，卡盘就难以满足要求，此时静压膨胀夹具就可以显示出它的优越性。

图2是一种用于车床的外抱式静压膨胀夹具，夹具直接与车床主轴连接，被夹持工件是一种薄壁轴套，轴套上的二个外圆柱面是一次装夹加工出来的。

夹持优点：

①在二处外抱夹持外圆柱面，解决了过定位夹持问题；

②夹持力均匀，被夹持工件变形小，适合于薄壁工件的夹持；

③夹具的回转精度高，加工后工件内孔对被夹持外圆的径向跳动≤6μm。

图2 用于车床的外抱式静压膨胀夹具

三、热心用户的分享——夹具结构改进案例

某家企业在生产一款活塞时，由于活塞壁很薄，材质为铝合金，加工过程中容易变形。因此客户要求夹具企业做了一套改善变形的夹具，由于活塞类产品对圆度是有要求的，因此最初的时候夹具工程师采用了瀚伯格外夹涨套。

图3 最初的夹持方案

由于产品的定位，只能夹持在毛坯上，而毛坯表面不均匀，导致了受力也不均匀，产品加工下来还是有微量变形，车床加工完，夹头不松，产品圆度是好的，但是夹头一放松产品的圆度就又变形了。

夹具结构的改进：

在夹具设计师讨论之后，对夹具的结构进行了修改。因为这款产品中心定位只能毛坯定位，所以设计师降低了涨套的夹持力度，把涨套拉杆由之前的回转拉缸换为弹簧拉紧，另外再加上压紧结构，涨套驱动是靠弹簧驱动，压紧靠回转拉缸拉压板。

图4 改进后的涨套设计

结 语

针对薄壁零件在加工过程中，由夹紧力及切削力作用引起的工件变形问题, 不仅要选择正确的夹具方式，还要根据零件加工的实况，合理设计其定位和夹紧方式，对夹具结构做出改变。

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