薄壁轴类零件加工变形的解决方案

薄壁轴类零件在加工过程中，常常出现变形的问题，此时应该怎么处理呢？

轴套类零件大多属于薄壁构件，结构并不复杂，精度要求相对较高，在产品中主要起定位、旋转的作用，并承受一定的径向力和轴向力。其加工质量的好坏，直接影响产品的功能和寿命。几乎每个产品中都有轴套类零件，在加工中往往由于变形严重而影响其尺寸精度、形状精度。要解决此问题，必须分析原因，采取有效的措施，才能保证零件精度。
一、零件的结构特点

公司某型号产品中轴套类零件较多，零件精度也较高，如短空心轴（见图1）和解算器座（见图2），其尺寸精度为IT5～IT7，同轴度为φ0.008～φ0.015mm，垂直度为0.010～0.015mm。具有精度要求高、壁薄易变形的特点。
二、加工中的问题及难点

在加工短空心轴零件时，考虑到其壁薄、容易变形，因此工艺要求粗、精加工分开，中间安排时效去应力处理。精加工后，零件在装备上处于夹紧状态时，用杠杆表、百分表分别测零件的孔径尺寸和圆度都符合图样要求，但卸下再检测，孔变形量达0.1～0.2mm，导致孔径尺寸和圆度超差，影响装配要求。
考虑到解算器座零件精度要求高，工艺要求在高精度车削中心上一次装夹完成其外圆、内孔和台阶的加工，以保证其同轴度、圆度要求。零件加工完后，在三坐标测量仪上检测，孔变形量达0.05～0.15mm。在采取了粗、精加工分开，中间安排时效处理后，仍达不到零件尺寸精度要求。
这两种比较典型的轴套类零件，材料均为铝棒2A12-T4，精加工时不能磨削加工，工艺难点是加工过程中零件出现变形，严重影响到尺寸及位置精度。

三、变形原因分析及控制
零件在加工过程中产生的变形包括：
（1）零件加工后，内应力重新分布产生的变形。
（2）定位面平面度达不到要求，回弹产生的变形。
（3）零件夹紧位置、方向及受力点不恰当引起的变形。
（4）零件的加工余量及加工过程中的切削力引起的变形。
（5）加工过程中的切削热引起的变形。
（6）零件结构不合理引起的变形。
零件变形控制方法有：
1、通过热处理消除应力控制变形。划分为粗加工、半精加工和精加工工序，中间增加热处理消除应力、稳定化处理等，使零件释放加工应力和材料应力，提高精加工后零件尺寸精度的稳定性。

2、精加工定位面控制变形。通过磨削、研磨等方法精加工基准面，提高定位面精度，以防止回弹变形。
3、改进压紧装夹控制变形。通过改变夹紧位置、方向及受力点控制变形，如将径向压紧改为轴向压紧。
4、减小切削力控制变形。在精加工时，可采用磨削、抛光等切削力较小的加工方法加工，还可以采用改变切削参数、减少切削用量的方法。
5、减少切削热控制变形。为防止切削热引起的热变形，在加工中可使用切削液，以及减少切削用量。
6、改进零件结构或工艺方法控制变形。通过改进零件结构减少或控制零件变形，比如增加支撑筋、形状对称设计等；改进工艺方法，使应力完全释放。
零件在粗加工后都经过了时效处理，应力得到释放。加工中都使用了切削液冷却，防止了切削热引起的变形。精加工余量为1mm，切削力、加工应力还可能影响零件变形。夹紧方式为径向夹紧，夹紧力很大，会引起很大的变形。分析认为，零件夹紧位置、方向及受力点不恰当是引起变形的主要原因。为此，工艺中采取了以下措施。
四、针对短空心轴零件采取的工艺措施
1、研磨定位基准面。
2、按照图3制作专用工装，加工时按照图4采取轴向夹紧方式，一次装夹完成精加工。
3、精加工余量由1mm减到0.5mm，加工时分三次切削，最后一次背吃刀量0.05～0.1mm，以控制精加工时切削力、加工应力引起的零件变形。

注意事项：所做专用工装定位面平面度不大于0.01mm；零件基准面研磨要达到0.01mm以内；螺钉拉紧力要均匀；切削参数选择适当，刀具要保持锋利。
通过采取以上工艺措施，零件圆度0.01mm左右，同轴度φ0.006～φ0.015mm，合格率达100%。
五、针对解算器座零件采取的工艺措施
1、针对零件不对称、壁厚不均的特点，在粗加工时就把直边加工出来，使此处应力完全释放。
2、加工时，由三爪自定心卡盘径向夹紧改为图5所示的螺纹拉紧。
3、精加工余量由1mm减到0.5mm，加工时分三次切削，加工量分别为0.2mm、0.2mm和0.1mm，以控制精加工时切削力、加工应力引起的零件变形。
按照图5加工完成后，再用心轴定位，轴向压紧端面，将工艺螺纹车到零件尺寸φ72mm，并保证尺寸公差和形状位置要求。
通过采取以上工艺措施，圆度、同轴度符合要求，零件合格率由原来的15%上升到90%。