航空薄壁件加工技巧

2024年3月28日发(作者：六波罗蜜)

航空薄壁件加工技巧

由于航空发动机零件具有轻量化的要求，整体薄壁零件具有相对刚性好、比

强度高、相对重量较轻等优点，广泛应用在航空工业中。航空薄壁件由于自身結

构的特点，加工中极易发生形状变形、尺寸超差和切削振动等问题，对于加工精

度极不易控制，影响加工效率的提高，使加工难度增大。加工变形已成为制约航

空制造业的瓶颈，解决这个难题已成为我国机械制造尤其是航空制造技术中的关

键问题。

标签：航空；薄壁；变形

机械加工中，我们通常把壁厚小于2mm的零件称作薄壁零件。结构类的零

件比如壳体、平板件，轴类比如盘轴、套筒等零件，其结构特点是壁厚与内径曲

率半径（或轮廓尺寸）之比小于1：20。

1 薄壁零件的特性

1.1 结构特点

航空薄壁件一般由侧壁和腹板构成，结构复杂，体积较大，相对刚度较低。

1.2 工艺特点

（1）薄壁件的结构特点导致在加工中极易产生加工变形，要对变形进行控

制及矫正。（2）薄壁件的截面较小，轮廓尺寸较大，零件刚性降低，容易发生振

动，甚至不能按常规方法进行机械加工，如真空吸附加工，镜像加工。（3）薄壁

零件的加工尺寸精度要求高，且协调精度（切削力及其波动、振动、切削温度、

装配方式）也要求非常高。

2 薄壁件加工变形因素分析

加工工艺系统的受力、受热、振动等变形，几何误差，内应力和调整引起的

误差是影响零件加工精度的主要因素。薄壁件因自身结构的特点，导致刚性不足，

装夹时要变形，卸载时要有回弹变形，毛坯内应力（控制变形的前提条件是有效

地消除工件的残余应力）释放要产生变形，加工过程中也要产生变形，这每个变

形都要影响加工精度。

3 薄壁件加工工艺方案

3.1 提高薄壁零件的工艺刚度

增大壁厚将有利于提高工件刚度。因此可采用加固的方法，利用填充式加固

材料石蜡、胶、低熔点合金、磁流变液等对工件及夹具进行加固装夹。提高工件

的工艺刚度还可以从下面几个方面着手，一是提高工件与工装接触定位面的加工

精度和表面光洁度，二是提高接触刚度（增强接触面硬度或采用高弹性模量材

料）。

3.2 优化装夹方案

在装夹力的作用下，工件容易产生变形，造成“过切”或“欠切”现象。在选择

装夹方案时，要考虑尽可能提高工件的工艺刚度，所以要使工件所受综合作用力

要小，同时力矩也尽可能小。制定装夹方案的注意事项：（1）增大定位接触面，

选择大平面（或曲面）作为定位面，同时要提高工件定位面的加工精度。（2）刚

性较差的薄壁零件常采用过定位方式，支撑在刚性簿弱处，同时各定位面之间必

须有足够的精度匹配。（3）夹紧力应施加在零件刚性好的方向，夹紧力尽可能小

且均布，并作用在刚性好的表面上。作用点要靠近加工表面，同时要适当增加夹

紧点的数目和增大夹紧力的作用面积。（4）对于形状规则的工件，可采用夹具与

支撑呈对称且均匀分布的装夹方案。

3.3 制定合理的工艺路线

对于精度要求高（IT6或以上） 且去除材料量大的零件，我们通常采用的

工艺路线是：粗加工一精加工（或粗加工一半精加工一精加工）。粗加工的特点

是，采用大的夹紧力和切削用量，同时要给后续精加工工序和本工序的变形留出

合适的切削余量。在粗精加工之间，根据材料特点适当安排去应力工序（如时效

处理或深冷处理等），从而提高薄壁件尺寸的稳定性。精加工的特点是，减小切

削用量，提高切削速度，同时要考虑减小装夹变形和加工变形，在保证加工精度

的同时尽可能提高加工效率；现代切削中，精加工工序还可适当应用高速切削方

式。

3.4 确定合理的加工顺序和走刀路线

确定加工顺序的基本原则是：在保证工件加工精度的前提下，在去除材料的

过程中，要尽可能地减小工件自身刚度及工艺刚度的降低，使工件相对刚性在切

削过程始终处在最佳的状态，从而减小加工变形，保证工艺刚性，提高加工精度。

选择加工路径时，应尽量对称切除工件材料。对于切除余量较大的薄壁件，

可采用中速进给、小切削深度、分层切削的切削形式。例如典型的航空腹板类零

件的加工，为了使加工应力分布均匀，通常可采用环型走刀路径 ，当切削较大

面积的腹板时，可将环切改为分布环切法。尤其是铣削路径以顺铣方式为最佳选

择，走刀路径应尽量平滑，避免出现尖点，保证无切削方向突变，加工轨迹尖角

处可用圆弧或曲线来代替，并同时减小进给速度，从而保证切削过程连续平稳。

采用螺旋式或圆弧式进刀方式进行切入和切出。

3.5 选择合适的刀具

选择刀具应在满足加工要求的前提下使切削力减小，以减小变形和让刀。如

加工高温合金选择硬度高，耐磨损、强度高、热硬性好的材料；加工不锈钢应选

择韧性好、耐磨损、不易崩刃的材料。为了减小变形和让刀，在满足刀具强度的

前提下，切削刀具要尽量锋利。刀尖圆弧应当小，以减小切削过程中的挤压量；

增大刀具前角，使切削力减小，减小热变形；刀具后角适当增大，以减少后刀面

与已加工表面的摩擦。

3.6 合理选取切削参数

切削参数的合理选择，应在保证工件表面质量和加工精度的前提下，综合考

虑工件材料、刀具材料、机床和数控系统的性能，尽可能提高加工效率，降低加

工成本。

刀具切削参数的选择顺序是，先根据加工精度、工件和刀具的材质，通过查

阅手册等方法先确定刀具线速度，再根据刀具直径计算出转速，然后再确定每转

或每齿进给量（铣削中）。

选择以及计算的参数还要进行修正，要考虑机床能承受的最大转速范围，考

虑工件、刀具材料，以及刀具尺寸和结构。参数修正时要注意几点原则：

一是对刀具耐用度影响最大的是线速度，切削速提高，将导致刀具耐用度急

剧下降。二是切削中，要保证加工质量，有效提高加工效率，减少刀具磨损，每

齿或每转进给量的调节尤为重要，可以通过调整该参数来调整切削力大小。三是

在粗加工时，通常采用低转速或中等转速、大切深、大进给、大直径刀具的工艺

参数，从而提高加工效率。而在精加工时，可采用相对较小的每转或每齿进给量

（经验值可取0.1～0.25mm/z），高转速、中速进给、小切深、小直径刀具的工艺

参数，以减小切削力、切削热和切削变形为目的，使切削状态保持平稳。四是在

切削面积相等时，进给量的增加比切削深度的增加更有利于切削力的减小。

作者简介：郭萍（1975-），女，辽宁沈阳人，研究生，副教授，研究方向：

数控技术。