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分析关于cnc机加工时怎样避免局部过薄导致强度不足?

文章出处:公司动态 责任编辑:东莞市祥盈金属制品有限公司 发表时间:2025-09-08
  ​在cnc机加工中,局部过薄(如薄壁、窄筋、细小凸台等)容易导致工件强度不足、加工变形或断裂,需从设计优化、工艺参数调整、装夹方式改进、刀具选择等多方面综合控制,具体措施如下:
cnc机加工
一、设计源头避免不合理的薄壁结构
明确zui小壁厚要求
根据材料特性和加工方式,设定合理的zui小壁厚:
金属材料(铝、钢、铜):
CNC 铣削:一般zui小壁厚≥1mm(铝合金可至 0.8mm,钢材建议≥1.2mm,避免振动断裂);
细长筋条:宽度≥壁厚的 1.5 倍,高度不超过壁厚的 5 倍(如壁厚 1mm,筋高≤5mm),否则易弯曲。
塑料(如 ABS、尼龙):最小壁厚≥1.5mm(避免注塑后缩水,但 CNC 加工可稍薄,需结合强度需求)。
优化结构增强刚性
增加加强筋:在薄壁区域(如大面积面板)设计交叉筋、网格筋,筋高为壁厚的 2-3 倍,间距 20-50mm(根据尺寸调整),既减轻重量又提升整体强度。
避免尖角过渡:薄壁与主体连接部位采用圆角过渡(R≥0.5mm),分散应力,防止应力集中导致开裂。
采用渐变厚度:从厚壁到薄壁区域逐渐过渡(坡度≤1:5),避免突然变细导致的强度突变。
二、加工工艺参数控制(减少切削力与变形)
降低切削力,减少薄壁振动
选择合理切削参数:
转速:采用高转速(如铝合金 8000-12000r/min,钢材 3000-6000r/min),配合小进给量(0.05-0.1mm/r),减少单位时间切削力(高速切削可降低切削抗力 30%-50%)。
切削深度:薄壁加工时单次切深≤壁厚的 1/3(如加工 1mm 薄壁,每次切深 0.3mm 以内),避免一次性去除过多材料导致工件受力变形。
采用顺铣方式:顺铣时刀具对工件的挤压力小于逆铣,可减少薄壁被 “推弯” 的风险(尤其加工细长筋条时)。
控制切削路径,避免局部受力集中
从薄壁边缘向内部切削:避免从中心向外加工时,刀具对薄壁产生向外的推力导致变形(如加工环形薄壁,从外圆向内圆逐层切削)。
对称加工:对对称结构的薄壁(如两侧筋条),采用对称切削路径(左右交替加工),抵消单边切削产生的应力,减少弯曲。
最后加工薄壁区域:先加工主体厚壁部分,预留薄壁余量(0.5-1mm),待工件整体刚性较高时再精铣薄壁,降低变形累积。
三、装夹方式:增强支撑,减少工件变形
增加辅助支撑,提升薄壁刚性
采用专用夹具:对大面积薄壁件(如手机中框、面板),使用真空吸盘(配合密孔吸盘,增加吸附面积)或磁性工作台(针对钢材),均匀吸附工件,避免局部悬空。
设计工艺支撑:在薄壁附近增加临时工艺凸台(加工完成后切除),或用辅助垫块(如尼龙块、橡胶垫)支撑薄壁底部,防止切削时 “低头” 变形。
双顶针 / 卡盘联动:加工细长轴类零件的薄壁段时,采用双顶针定位 + 跟刀架支撑,每走刀一段距离移动跟刀架,抵消径向切削力。
减少装夹应力
避免过紧夹持:对薄壁件采用弹性夹具(如聚氨酯卡爪、弹簧夹头),或在夹持部位垫铜片(增加接触面积,分散压力),防止夹伤或夹变形。
轴向定位优先:装夹时以端面或刚性较好的部位作为定位基准,减少径向夹持力(如加工套筒类薄壁件,用端面压紧代替外圆夹持)。
四、刀具选择与刃口处理(降低切削冲击)
选用适合薄壁加工的刀具
刀具材料:高速钢(HSS)适合低速加工软材料(铝、铜),硬质合金(WC-Co)适合高速加工钢材、铝合金(耐磨性好,减少刀具磨损导致的切削力增大)。
刀具几何参数:
前角:取较大前角(10°-15°),减少切削阻力(尤其铝合金,前角可增至 15°-20°);
后角:5°-8°,避免刀具后刀面与薄壁摩擦;
刃口半径:0.05-0.1mm(锋利但不崩刃),避免钝刃挤压薄壁导致变形。
刀具直径:加工窄筋或薄壁时,刀具直径略小于加工宽度(如加工 1mm 宽筋条,用 φ0.8mm 刀具),减少侧面摩擦。
刀具伸出长度zui短化
刀具悬长越短,刚性越好(切削振动越小),悬长与直径比≤3:1(如 φ10mm 刀具,悬长≤30mm),必要时采用刀柄加粗的舍弃式刀具(如热缩刀柄),增强整体刚性。
五、加工后处理(消除应力,稳定尺寸)
去应力处理
对加工后可能存在内应力的零件(如钢材、钛合金),进行时效处理(自然时效 24-48 小时,或人工时效:铝合金 120-150℃×2-4h,钢材 200-300℃×1-2h),减少应力释放导致的变形。
检测与修复
用三坐标测量仪检测薄壁尺寸及形位公差(如平面度、垂直度),若变形超差,可通过校直(针对钢材)或二次精铣(预留 0.1-0.2mm 余量)修正。

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