零件機械加工工藝探討

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1引言

隨著現代先進制造技術的高速發展，薄壁零件能夠具有高強度、重量輕、高承載性等特點，在汽車、國防等工業領域得到了越來越廣泛的應用。特別是在要求降低自身重量又不失強度、剛度的航空航天工業中得到很好的應用[1，2]。

2零件工藝分析

圖1為某殼體的局部腔體結構示意圖，該零件采用鋁合金2A12整體加工而成，外形尺寸102mm×170mm×250mm，六面均要加工，且需要多次裝夾，加工完后重量約為1190g，材料去除率高達90%。該零件腔體最深處為95mm，中間筋2mm，四周壁最薄處達2mm，底部為5mm×94mm×80mm的凸面，凸面周邊為異型減重腔，底部凸面的加工精度要求是平面度為0.012、腔內4根筋的平面度為0.025及兩腔壁平面的平行度為0.04。零件加工后的尺寸相差較大，整體剛度較差，加工時極易產生振動，故該零件在銑削過程中或者銑削后都會產生較大的變形誤差，從而會導致零件的形位公差等難以達到要求。要保證該零件的加工精度，關鍵是控制零件在加工過程中由于各類應力（切削力和切削熱產生的應力、裝夾產生的應力以及毛坯的殘余應力等）引起的變形。

3工藝流程

從加工工藝角度出發，合理安排加工工序、加工位置、余量分配、加工路徑等，能減小整體結構件的加工變形[3]。根據上述分析，加工工藝流程確定如下：備料→粗銑外形及內腔→去應力退火→精銑外形→數控銑半精加工→銑削缺口→鉗工→數控銑精加工→鉗工→研磨→三坐標測量。該零件工藝流程主要控制點在數控銑工藝。為保證加工質量及精度：（1）安排粗、精加工及鉗工矯形；（2）先加工內腔，再加工外形，以利于提高剛度，防止振動；（3）合理安排熱處理，以提高尺寸穩定性；（4）零件底部凸面設計工藝加強筋，以提高零件的裝夾剛度；（5）采用小直徑銑刀加工，以減小切削力。

4加工工藝措施

4.1裝夾方式的改進。室溫下，2A12合金的彈性模量約為70MPa，約為鋼的1/3，在裝夾力的作用下零件會發生變形，切削過程中易出現“過切”或“欠切”現象；而該殼體結構復雜、自身剛度差，也易引起裝夾變形。該殼體裝夾時利用平口鉗，因零件底面為5mm×94mm×80mm小凸臺，在底面周邊增加工藝加強筋，鉗口夾緊零件的實體位置，以便提高零件整體的剛性。在做最后一次的加工之前，應松開被夾緊的零件，重新分布內應力，再夾緊，最后進行精加工；夾緊力也不要過大，應在確保切削力不能夠使零件產生位移的基礎上，采用的夾緊力要盡量小。4.2刀具材料及切削參數選擇。切削刀具材料應耐磨，抗沖擊能力好，硬度高，能適應在更高的切削速度下工作。因此，刀具材料采用帶有PVD鍍層的整體硬質合金立銑刀。精加工時采用“小切深，快走刀”的切削方式，使刀具在高速旋轉時，利用銑削中產生的高溫（600～1000℃），使工件加工表面軟化[4]，切屑成碎屑狀，切削力迅速下降，加工變得很輕快；同時切削熱在第一時間被碎屑迅速帶走，使工件表面基本保持在室溫狀態，從而減小因切削而導致的零件變形。此外，根據刀具形狀及切削條件，優化、調整切削工藝參數的大小可以調整動態切削力大小并控制切削狀態，使因切削力影響造成薄壁零件的加工變形量能滿足公差要求，并使加工狀態始終處于穩定，從而降低切削振動造成的變形。4.3進刀方式和走刀路線。合適的進刀方式，能有效降低加工變形。加工深腔時，選擇銑刀從零件腔體的中間位置下刀，在深度方向銑到加工要求的尺寸，然后一次走刀由中間向四周側壁延伸，按此方法分多層加工。本文對側壁進刀方式進行改進，由螺旋線進刀方式替代垂直進刀方式。采用優化后的螺旋線方式進刀，零件的加工面在銑削時受力沒有明顯的變化，從而有效降低了切削變形；并且零件與刀具的相互作用力變小，不易引起零件的彈性變形，從而減小了切削振動的發生，顯著提高了零件的表面加工質量。走刀路線反映了工序的加工過程，確定合理的走刀路線是保證銑削加工精度和表面質量的重要工藝措施之一[5]，也是確定數控編程的前提。

本文選用加工軟件CimatronE建立制造數據庫；設置機床、夾具、刀具和地址參數等項目；演示刀路軌跡并生成CL數據，以便查看和修改，生成滿意的刀具路徑；最后生成數控加工NC代碼。5結語薄壁腔體類零件的加工精度在機械制造業中占有很重要的地位，在機械加工過程中，變形的產生幾乎是不可避免的，應該在實踐中了解并掌握切削變形的規律，采取有效措施，控制零件的加工變形，使加工過程始終處于一個良好的狀態，確保零件的表面質量和加工精度。

【參考文獻】

【1】石廣豐,王景梅,宋林森,等.薄壁零件的制造工藝研究現狀[J].長春理工大學學報,2012,35(1):68-72.

【2】艾興．高速切削加工技術[M].北京:國防工業出版社,2003.

【3】趙如福.金屬機械加工工藝人員手冊[K].上海:上?？茖W技術出版社,1979.

【4】鄭英華,何華妹.CimatronE8.0數控編程加工入門一點通[M].北京:清華大學出版社,2007.

【5】田春霞.數控銑削刀具路徑的規劃[J].工藝與裝備,2008(11):72-75.

作者:張慧 劉國文 單位:中國電子科技集團公司第二十七研究所