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【兆恒機(jī)械】薄壁零件加工工藝實(shí)例講解

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  • 添加日期:2022年04月19日

為解決鋁合金薄壁零件在機(jī)械加工中由于變形影響零件的尺寸、形位公差的問題,以高速、低進(jìn)刀、低切深的加工方法,通過一次裝夾完成零件全部關(guān)聯(lián)尺寸的加工,從而降低零件在加工過程中由切削力過大而引起的變形,避免加工基準(zhǔn)與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)不能重合產(chǎn)生的誤差,提高零件的尺寸精度和形位精度。

1. 問題的提出

  在零件的機(jī)械加工過程中,常常會(huì)由于內(nèi)應(yīng)力而產(chǎn)生變形,尤其是有色輕金屬如鋁、鎂合金的加工。內(nèi)應(yīng)力引起的翹曲、側(cè)彎和扭曲等形式的變形頻繁出現(xiàn),會(huì)嚴(yán)重影響零件的加工質(zhì)量及加工效率,特別是對(duì)于薄壁、薄板類零件表現(xiàn)得尤為突出。如何最大限度地減少或消除零件的變形,保證產(chǎn)品質(zhì)量及生產(chǎn)效率,多年來(lái)一直是我們研究的課題。

2. 原因分析

  為提高鋁合金的加工和使用性能,在加工前需要通過熱處理(淬火處理+時(shí)效處理)的途徑提高強(qiáng)度。材料在淬火過程中產(chǎn)生很大的內(nèi)應(yīng)力,時(shí)效過程不能完全釋放淬火過程中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力,在后續(xù)的機(jī)械加工過程中,新的切削應(yīng)力產(chǎn)生,隨著材料的不斷去除,內(nèi)應(yīng)力的平衡狀態(tài)被打破,內(nèi)應(yīng)力重新分布,直至達(dá)到新平衡過程而產(chǎn)生變形,使零件失去應(yīng)有的加工精度。而且當(dāng)零件表面的應(yīng)力超過材料的強(qiáng)度極限時(shí),還會(huì)產(chǎn)生裂紋。

3. 解決辦法

  針對(duì)以上原因,對(duì)于鋁合金薄壁、薄板類零件采用“套材”法進(jìn)行加工?!疤撞摹?typo id="typo-554" data-origin="法" ignoretag="true">法就是一次裝夾完成所有尺寸加工后,再將零件從毛坯中掏出的加工方法。套材過程包括銑上面→粗銑內(nèi)腔→粗銑外形→精銑外形→精銑內(nèi)腔→精銑底面→點(diǎn)(鉆)孔→切斷等工藝。由于整個(gè)過程是在一次裝夾中完成的,在切斷之前,由于零件與毛坯材料底面連接,所以內(nèi)應(yīng)力的產(chǎn)生不會(huì)造成零件有較大變形,在整個(gè)過程中零件尺寸穩(wěn)定。在切斷時(shí),需要讓毛坯材料與零件材料在底面有0.1mm粘連,以保證在整個(gè)“套材”過程中零件有足夠的強(qiáng)度抵抗加工過程中產(chǎn)生的切削應(yīng)力。

  將零件從毛坯中切下后,零件雖由于應(yīng)力釋放而發(fā)生變形,但是零件上各相對(duì)尺寸不會(huì)改變,只需要增加校正工序校平底面所有尺寸、形狀均可恢復(fù)正確。

4. 應(yīng)用實(shí)例

  如圖1所示為鋁合金薄板零件,我們應(yīng)用“套材”法進(jìn)行加工,方法如下:

  (1)工藝過程制定:由于零件最終厚度為2mm,在下料機(jī)加工過程中容易產(chǎn)生應(yīng)力,發(fā)生變形,根據(jù)其結(jié)構(gòu)特點(diǎn),具體加工工藝流程為下料→時(shí)效→銑基準(zhǔn)→磨基準(zhǔn)→去毛刺→銑外形(“套材”法加工)→去毛刺→校正→檢驗(yàn)→入庫(kù)。通過時(shí)效工序消除下料過程中產(chǎn)生的應(yīng)力;通過銑基準(zhǔn)、磨基準(zhǔn)工序,保證基準(zhǔn)平面與夾具定位面完全接觸,定位準(zhǔn)確可靠,從而保證銑外形工序中厚度方向的所有尺寸。由于這兩道工序?qū)儆谝姽饧庸ぃ栽诖诉^程中產(chǎn)生的微小應(yīng)力引起零件的變形量不會(huì)影響加工尺寸;通過銑外形(“套材”加工)完成零件所有尺寸加工;通過去毛刺工序去除加工過程中產(chǎn)生的各種毛刺、飛邊,保證后續(xù)加工定位精準(zhǔn);通過校正工序校正由于大余量加工后零件產(chǎn)生的變形;檢驗(yàn)工序檢驗(yàn)零件所有尺寸與圖樣要求的符合性;最后入庫(kù)提交。

圖1

 ?。?)毛坯尺寸確定:毛坯長(zhǎng)度

  式中,H毛坯為毛坯厚度;H零件為零件總厚度。

 ?。?)裝夾方式確定:由于零件外形尺寸較小,采用組合夾具,以底面定位,壓住零件邊沿即可(見圖2)。壓板必須均勻分散在毛坯的周邊,保證整個(gè)加工過程中零件底面與夾具緊密貼合。壓緊位置必須在刀路邊界之外,避免在加工過程中銑刀壓板。

圖2
1.零件輪廓 2.刀具 3.毛坯邊界4.路邊界 5.壓板

 ?。?)“套材”過程實(shí)施:

 ?、俚毒叩倪x用。為在套材過程中減少零件變形量,在保證加工效率的前提下,盡量選用直徑小的刀具。刀具越小,加工過程中的切削力就越小,產(chǎn)生的應(yīng)力也越小。本零件加工選用φ 6mm立銑刀。②切削用量的確定。為減少切削力,按高轉(zhuǎn)速、高進(jìn)給和小切深的原則選用切削用量。根據(jù)加工現(xiàn)場(chǎng)機(jī)床的剛性和最高工作轉(zhuǎn)速,選擇轉(zhuǎn)速S=4 000r/min,進(jìn)給速度F=1 000mm/min,徑向切深= 50%D刀具,軸向切深0.2mm。

 ?、鄢绦虻木幹啤c娡庑卧阢娂庸ぶ行纳线M(jìn)行,利用編程軟件按照零件圖樣建立數(shù)字模型后按“套材”法包含過程中的刀路順序編制數(shù)控程序,編程過程中按前述選擇刀具和切削用量(見圖3)。

圖3

 ?。?)實(shí)施效果:通過實(shí)際加工驗(yàn)證,校正后的零件所有尺寸均滿足圖樣要求。銑外形工序?qū)嶋H加工時(shí)間為33min,滿足批生產(chǎn)要求。

5. 結(jié)語(yǔ)

  “套材”法目前已經(jīng)在我廠鋁合金結(jié)構(gòu)件批生產(chǎn)加工中廣泛應(yīng)用。不僅提高了加工效率和產(chǎn)品質(zhì)量,而且因?yàn)槭且淮窝b夾完成所有尺寸加工,從而避免了設(shè)計(jì)基準(zhǔn)和工藝基準(zhǔn)不重合而引起的誤差,避免因尺寸鏈換算而壓縮公差,簡(jiǎn)化了工藝規(guī)程制定過程和零件的加工過程。