鋁合金薄壁零件數控加工夾具研究

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摘要：鋁合金零件具有耐腐蝕性強、密度小以及強度高等方面的優勢，在零件加工制造以及其他各領域中有著廣泛應用，是現代工業生產重要材料之一。通過對鋁合金材料工藝特點、性能的介紹，對數控加工夾具基本情況展開分析，進而對鋁合金薄壁零件數控加工夾具與相關問題展開全面探究，旨在提升數控加工夾具設計、應用水平，保證加工產品整體加工質量。

關鍵詞：工藝特點；鋁合金材料；夾具；鋁合金薄壁零件

數控加工夾具與傳統機械加工工藝相比，數控加工優勢更加突出，其不僅具有自動化程度高、加工精度高以及勞動強度低等方面的加工優勢，同時其還可實現對復雜曲面零件的高質量加工，應用優勢較為突出。在鋁合金薄壁零件加工中應用數控加工技術，會達到理想化零部件加工模式。為實現最優化鋁合金薄壁零件數控加工效果，對鋁合金薄壁零件數控加工夾具相關內容展開研究顯得極為必要。在正式展開研究之前，首先應對鋁合金材料性能與工藝特點展開分析。

1鋁合金材料工藝特點與性能

鋁合金材料在工業生產中應用較為廣泛，屬于有色金屬結構材料范疇。材料性能、工藝特點主要體現在以下幾點：①柔韌性。鋁合金材料有著較為明顯的粘附性強、塑性好以及韌性理想等方面的優勢，在切削時不容易發生分離問題，但卻容易粘附在刀刃上，進而生成刀瘤；②鋼性。通常薄壁件都存在著鋼性較差的問題，在加工時很容易便會發生變形狀況；③膨脹性。由于鋁的線膨脹系數要遠遠大于鋼的線膨脹系數，所以在進行切削時很容易會產生熱變形過大的狀況；④硬度。鋁合金材料一般都存在著硬度偏低的問題，在進行加工時很容易會出現劃傷以及表面粗糙度不達標等狀況，但因為鋁合金比強度相對較高，所以其在航空產品中有著廣泛運用。

2數控加工夾具

2.1概況。夾具是數控機床用于引導刀具、裝夾工件的裝置，是為某工件的某道工序所設計的夾具，主要由定位元件、夾緊裝置、引導元件、對刀元件、連接元件以及夾具體和其他元件、裝置所組成[1]。按照結構特點、專門化程度，夾具可以分為可調夾具、通用夾具、專用夾具以及組合夾具等幾種，具有操作便捷、迅速、省力等方面的優勢，能夠為高精度、高效率生產提供可靠保障，但其同時也存在著制造成本高以及加工周期長等方面的特征[2]。同時，由于在產品發生變更時，夾具使用會受到直接限制，所以其多用于大批量產品生產之中。2.2應用作用。在進行數控加工時，夾具具有以下幾項作用：①保證工件加工精度。在夾具作用下，加工件不會因為加工人員技術水平而受到影響，一批次工件加工精度差異可以被控制在最??；②壓縮輔助工時，保證生產效率。運用夾具并不需要對工件實施劃線找正處理，能夠切實減少輔助工時，且在裝夾之后，工件剛性也會得到顯著提升，切削用量會得到有效提高；③機床使用范圍會得到切實拓展，會按照加工機床成形運動在機床上附以不同類型夾具，機床會突破原有工藝范圍，得到更加廣泛的運用；④降低加工成本。因為在使用夾具后，產品生產質量會趨于穩定狀態，廢品生產率會出現明顯下降的趨勢，所以可安排較低等級工人對機床進行操作，可達到有效降低生產成本的目標；⑤減輕人員勞動強度。夾具操作較為方便，可通過對液壓以及氣動等夾緊裝置的運用，實現切實降低工人勞動強度的效果。

3鋁合金薄壁零件數控加工夾具與相關問題

3.1工程實例。為滿足公司生產需要，某公司加大了對批量接線盒薄壁零件的研究力度，而本文在此也將以接線盒薄壁零件為例，按照加工時裝夾定位要求，展開專用夾具設計，并會按照使用實際情況，對夾具設計展開優化與改良。運用此夾具裝夾工件實施產品加工過程中，可實現有效提升工件定位時間與工件裝夾效率的目標，能夠達到良好的加工精度與加工效率，工件批量生產價值會得到顯著提高。3.2加工方案。本次生產接線盒產品是電腦重要配件，屬于鋁合金材料。產品預計月產超過20萬件，屬于大批量生產產品，單個產品壁厚在0.5mm，是典型的精密五金制品。按照產品生產目標，在實施產品加工時需要滿足以下幾項技術要求：①零件底面不可進行工具修飾，尤其是砂布、銼刀修飾；②表面不能出現明顯的氣孔、劃痕等損傷；③沒有注明形狀的公差需要符合IT8要求；④產品底面要和其他物體相粘結。加工思考：由于本次加工產品為薄壁鋁合金零件，如果采用切削加工手段進行材料處理，會造成較大的材料浪費，所以并不建議使用此種處理方式。通過對零件圖的分析可以發現，該產品外形粗糙度底面可通過切削手段對底面粗糙度進行保證，而其他面需要運用不去除材料手段獲取，除底面外，其他面均較為光潔。因此在進行零件加工時，需要運用兩種手段對零件實施加工。在具體加工時，需要先運用壓鑄方式對產品展開處理，將其鑄造成壁厚為0.5mm的半成品，同時需要運用數控銑手段對地面展開銑削加工處理，在尺寸合格后便可停止施工。3.3加工難點。在對加工方案確定之后，加工部門對加工特點展開了詳細分析，并與客戶一起就具體加工適宜以及加工標準展開了分析。本次產品外形鑄造所用磨具是由客戶負責提供的，筆者所在公司主要負責地面銑削加工，其他部分施工由鑄造廠代為進行。雖然本次加工較為單一，但因為產品薄壁特征影響，整體施工仍然存在著較大難度，像在進行壓鑄時容易出現飛邊問題，或者零件周邊表面條件相對有限，會直接增加后期加工定位難度等問題，都會使機床加工定位裝夾變得異常困難。按照零件特點與形狀，在進行此種零件加工時，一方面要保證定位裝夾準確性以及效率，要通過對刀具資源的充分運用，有效控制刀具資源消耗，確保工件振動對刀具、工件的影響可以被控制到最低；另一方面需要保證夾具簡單性以及便捷性，要在按照生產要求對其展開專項設計的同時，保證夾具通用型與使用長久性，以防出現反復更換的狀況[4]。本次所用夾具定位裝置共設置10個工位，在進行加工時，會運用相互配合手段對工件毛坯件加工位置進行確定。3.4夾具優化設計。（1）夾具應用問題。在經過一段時間生產實踐后發現，此夾具在應用時還存在著一定問題：第一，裝夾時間相對較長，人員需要消耗大量實踐進行按壓與安裝，且每人4套夾具也很難滿足具體加工需要；第二，定位存在問題，工件在加工過程中容易出現底部壁厚不達標，甚至是穿底問題，會對工件加工精度形成影響；第三，加工效率不理想，底座體積較為笨重，人員需要花費大量精力實施夾具取放，會對生產效率形成影響；第四，由于夾具、工件屬于過渡配合模式，需要一定力度才可完成取放，在進行加工過程中可能會因為切削力或其他受力影響，而使個別工件出現與夾具連接過于緊密的狀況，會對工件拿取造成阻礙[5]。（2）夾具優化設計。針對夾具使用所存在的問題，提出以下幾點優化建議：①為避免出現裝夾定位不準以及耗時問題，公司決定展開氣動輔助加緊裝置設計，以對裝夾操作形成輔助，確保所有工件定位準確程度；②為改變過于厚重的底座，決定將底座制作成分成結構，并會按照獨立棱柱形式對機床夾具、工件夾具連接部分展開設計，整套夾具由底座、上層定位板以及下層定位板所組成；③因為考慮到機床裝夾需要依靠人工完成相應操作任務，所以需要將人工操作方面因素考慮到其中，不可過度追求一次裝夾工件生產量，需要做好人員工作量承受能力分析，保證任務量安排合理性，防止出現人員工作負擔過重的問題，應做好底座結構以及夾具尺寸調整，將每層產量控制為8個，實現兩層同時加工模式，確保工件加工每次產量可以達到16個；④因為在加工過程中可能會出現個別工件和定位端進行連接的狀況，會直接增加徒手取件難度，所以需要做好工件加緊力度、體積大小調整，應在加工定位板過程中需要高度、寬度尺寸把控，確保其各項尺寸能夠小于工件內腔尺寸。同時需要在工件定位端內側設置小孔，以在工件套在工位時，對其施加外推力，從而實現對取件難問題的有效處理，一般建議將小孔設置為φ8mm尺寸[6]。3.5數控加工程序編制。事實上，數控銑床加工復雜程度相對較低，不僅可通過對相應軟件的運用完成編制任務，也可通過手動編程手段，在車間現場展開調試。由于工件一般會被固定在平口鉗位置，需對兩側實施全面加工，切削量相對較小，所以需要保證走刀加工一次性以及加工質量。按照加工要求，本次加工選擇φ12mm的平底合金銑刀，并將進給速度控制在2500mm/min左右[7]。在進行銑削時，刀具只需要對前后側面工件底部進行處理即可。在對刀具走刀路徑進行設計過程中，需要按照輪廓對刀具外形走刀展開分析，進而達到對工件地面實施銑削處理的目標。

4結語

本文所介紹專用夾具、輔助裝置投入成本相對較低，且存在著裝置結構簡單的特點。每臺機床都配備1套裝夾輔助裝置、6套專用夾具，在開機之前，需要做好夾具安裝。在進行加工時，夾具可輪換進行使用，并不需要投入大量實踐與精力，數控設備使用量會得到有效控制，企業效益也會得到大幅度提升。由于加工對象以及加工條件等方面差異的影響，本文所介紹夾具設計、使用方式未必適合所有機床，所以單位需要按照具體情況有針對性展開夾具設計與數控加工程序編制，進而達到最優化加工生產模式。

作者:王振洲 單位:甘肅機電職業技術學院