航空薄壁件加工技巧

2024年3月28日發(作者：六波羅蜜)

航空薄壁件加工技巧

由于航空發動機零件具有輕量化的要求，整體薄壁零件具有相對剛性好、比

強度高、相對重量較輕等優點，廣泛應用在航空工業中。航空薄壁件由于自身結

構的特點，加工中極易發生形狀變形、尺寸超差和切削振動等問題，對于加工精

度極不易控制，影響加工效率的提高，使加工難度增大。加工變形已成為制約航

空制造業的瓶頸，解決這個難題已成為我國機械制造尤其是航空制造技術中的關

鍵問題。

標簽：航空；薄壁；變形

機械加工中，我們通常把壁厚小于2mm的零件稱作薄壁零件。結構類的零

件比如殼體、平板件，軸類比如盤軸、套筒等零件，其結構特點是壁厚與內徑曲

率半徑（或輪廓尺寸）之比小于1：20。

1 薄壁零件的特性

1.1 結構特點

航空薄壁件一般由側壁和腹板構成，結構復雜，體積較大，相對剛度較低。

1.2 工藝特點

（1）薄壁件的結構特點導致在加工中極易產生加工變形，要對變形進行控

制及矯正。（2）薄壁件的截面較小，輪廓尺寸較大，零件剛性降低，容易發生振

動，甚至不能按常規方法進行機械加工，如真空吸附加工，鏡像加工。（3）薄壁

零件的加工尺寸精度要求高，且協調精度（切削力及其波動、振動、切削溫度、

裝配方式）也要求非常高。

2 薄壁件加工變形因素分析

加工工藝系統的受力、受熱、振動等變形，幾何誤差，內應力和調整引起的

誤差是影響零件加工精度的主要因素。薄壁件因自身結構的特點，導致剛性不足，

裝夾時要變形，卸載時要有回彈變形，毛坯內應力（控制變形的前提條件是有效

地消除工件的殘余應力）釋放要產生變形，加工過程中也要產生變形，這每個變

形都要影響加工精度。

3 薄壁件加工工藝方案

3.1 提高薄壁零件的工藝剛度

增大壁厚將有利于提高工件剛度。因此可采用加固的方法，利用填充式加固

材料石蠟、膠、低熔點合金、磁流變液等對工件及夾具進行加固裝夾。提高工件

的工藝剛度還可以從下面幾個方面著手，一是提高工件與工裝接觸定位面的加工

精度和表面光潔度，二是提高接觸剛度（增強接觸面硬度或采用高彈性模量材

料）。

3.2 優化裝夾方案

在裝夾力的作用下，工件容易產生變形，造成“過切”或“欠切”現象。在選擇

裝夾方案時，要考慮盡可能提高工件的工藝剛度，所以要使工件所受綜合作用力

要小，同時力矩也盡可能小。制定裝夾方案的注意事項：（1）增大定位接觸面，

選擇大平面（或曲面）作為定位面，同時要提高工件定位面的加工精度。（2）剛

性較差的薄壁零件常采用過定位方式，支撐在剛性簿弱處，同時各定位面之間必

須有足夠的精度匹配。（3）夾緊力應施加在零件剛性好的方向，夾緊力盡可能小

且均布，并作用在剛性好的表面上。作用點要靠近加工表面，同時要適當增加夾

緊點的數目和增大夾緊力的作用面積。（4）對于形狀規則的工件，可采用夾具與

支撐呈對稱且均勻分布的裝夾方案。

3.3 制定合理的工藝路線

對于精度要求高（IT6或以上） 且去除材料量大的零件，我們通常采用的

工藝路線是：粗加工一精加工（或粗加工一半精加工一精加工）。粗加工的特點

是，采用大的夾緊力和切削用量，同時要給后續精加工工序和本工序的變形留出

合適的切削余量。在粗精加工之間，根據材料特點適當安排去應力工序（如時效

處理或深冷處理等），從而提高薄壁件尺寸的穩定性。精加工的特點是，減小切

削用量，提高切削速度，同時要考慮減小裝夾變形和加工變形，在保證加工精度

的同時盡可能提高加工效率；現代切削中，精加工工序還可適當應用高速切削方

式。

3.4 確定合理的加工順序和走刀路線

確定加工順序的基本原則是：在保證工件加工精度的前提下，在去除材料的

過程中，要盡可能地減小工件自身剛度及工藝剛度的降低，使工件相對剛性在切

削過程始終處在最佳的狀態，從而減小加工變形，保證工藝剛性，提高加工精度。

選擇加工路徑時，應盡量對稱切除工件材料。對于切除余量較大的薄壁件，

可采用中速進給、小切削深度、分層切削的切削形式。例如典型的航空腹板類零

件的加工，為了使加工應力分布均勻，通常可采用環型走刀路徑 ，當切削較大

面積的腹板時，可將環切改為分布環切法。尤其是銑削路徑以順銑方式為最佳選

擇，走刀路徑應盡量平滑，避免出現尖點，保證無切削方向突變，加工軌跡尖角

處可用圓弧或曲線來代替，并同時減小進給速度，從而保證切削過程連續平穩。

采用螺旋式或圓弧式進刀方式進行切入和切出。

3.5 選擇合適的刀具

選擇刀具應在滿足加工要求的前提下使切削力減小，以減小變形和讓刀。如

加工高溫合金選擇硬度高，耐磨損、強度高、熱硬性好的材料；加工不銹鋼應選

擇韌性好、耐磨損、不易崩刃的材料。為了減小變形和讓刀，在滿足刀具強度的

前提下，切削刀具要盡量鋒利。刀尖圓弧應當小，以減小切削過程中的擠壓量；

增大刀具前角，使切削力減小，減小熱變形；刀具后角適當增大，以減少后刀面

與已加工表面的摩擦。

3.6 合理選取切削參數

切削參數的合理選擇，應在保證工件表面質量和加工精度的前提下，綜合考

慮工件材料、刀具材料、機床和數控系統的性能，盡可能提高加工效率，降低加

工成本。

刀具切削參數的選擇順序是，先根據加工精度、工件和刀具的材質，通過查

閱手冊等方法先確定刀具線速度，再根據刀具直徑計算出轉速，然后再確定每轉

或每齒進給量（銑削中）。

選擇以及計算的參數還要進行修正，要考慮機床能承受的最大轉速范圍，考

慮工件、刀具材料，以及刀具尺寸和結構。參數修正時要注意幾點原則：

一是對刀具耐用度影響最大的是線速度，切削速提高，將導致刀具耐用度急

劇下降。二是切削中，要保證加工質量，有效提高加工效率，減少刀具磨損，每

齒或每轉進給量的調節尤為重要，可以通過調整該參數來調整切削力大小。三是

在粗加工時，通常采用低轉速或中等轉速、大切深、大進給、大直徑刀具的工藝

參數，從而提高加工效率。而在精加工時，可采用相對較小的每轉或每齒進給量

（經驗值可取0.1～0.25mm/z），高轉速、中速進給、小切深、小直徑刀具的工藝

參數，以減小切削力、切削熱和切削變形為目的，使切削狀態保持平穩。四是在

切削面積相等時，進給量的增加比切削深度的增加更有利于切削力的減小。

作者簡介：郭萍（1975-），女，遼寧沈陽人，研究生，副教授，研究方向：

數控技術。