大型薄板件的銑削加工

韓鷹飛 雷麗萍 汪 超

(1.武漢工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院 湖北 武漢:430080;2.太原城市職業(yè)技術(shù)學(xué)院 山西 太原:030027)

大型薄板件是銑削加工中難度較大的一類零件,它具有剛性差,易變形等特點(diǎn)。在加工中選取切實(shí)可行的工藝方法是保證加工精度的關(guān)鍵因素。

該熱壓板外形尺寸為 100mm×2500mm× 10000mm,圖紙要求厚度尺寸精度為100+0.050,平面度誤差≤0.05mm,兩平面的平面度≤0.10mm,粗糙度≤1.6μm。

圖1

原加工方案是在工件的長度方向每隔2500mm的距離放置一個(gè)等高墊鐵,共計(jì)2排。按照一般加工工藝方法加工完成后,上平臺(tái)檢測(cè)產(chǎn)品時(shí),發(fā)現(xiàn)粗糙度、平面度誤差和平面平行度都不能滿足圖紙要求。

通過對(duì)FZ4000-12龍門銑床的性能的了解和查閱了相關(guān)技術(shù)資料后對(duì)原有加工方案提出了修改意見,認(rèn)為必須解決三大問題才能保證加工精度。

(1)切削過程中受力點(diǎn)位置變化引起的加工誤差;

(2)工件加工過程中的熱變形引起的誤差;

(3)工件殘余應(yīng)力引起的誤差。

找到大型薄板件加工過程中易出現(xiàn)的問題后,在隨后的工藝改進(jìn)過程中就逐一解決上述問題。

1 試切法消除共振:解決切削過程中受力點(diǎn)位置變化引起的加工誤差

在工件一平面選擇2mm余量進(jìn)行試切。在切削過程中,工件的剛度隨刀片著力點(diǎn)位置的變化而變化,引起系統(tǒng)變形的差異,使零件產(chǎn)生加工誤差。開始在加工中考慮到工件的板厚較厚,質(zhì)量大,不會(huì)出現(xiàn)工件振動(dòng),但在試驗(yàn)加工過程中發(fā)現(xiàn)未放置墊鐵的地方有振紋,并且在加工時(shí)工件容易引起共振,且中心部分的平面度有超差現(xiàn)象。經(jīng)分析是由于工件受力點(diǎn)支撐跨度大,中心部位剛性不足造成的。于是增加了每排等高墊鐵的數(shù)量,兩兩間距縮至1250mm,等高墊鐵增至3排。通過這一改進(jìn)提高了工件的剛度,克服了共振現(xiàn)象。這對(duì)于保證工件的表面粗糙度起到了關(guān)鍵性的作用。

2 合理降溫:解決工件加工過程中的熱變形引起的誤差

機(jī)械加工中,工件在各種熱源的作用下產(chǎn)生一定的熱變形。由于工件熱源分布的不均勻性及各環(huán)節(jié)結(jié)構(gòu)、材料的不同,使工件各部分的變形產(chǎn)生差異,從而破壞了刀具與工件的準(zhǔn)確位置及運(yùn)動(dòng)關(guān)系,產(chǎn)生加工誤差,尤其對(duì)于精密加工,熱變形引起的加工誤差占總誤差的一半以上。減少工件熱變形的措施主要有:一是減少工藝系統(tǒng)的熱源及其發(fā)熱量;二是加強(qiáng)冷卻,提高散熱能力;三是控制溫度變化,均衡溫度。

對(duì)于熱壓板這種大型零件要加強(qiáng)冷卻,均衡溫度在實(shí)際加工過程中均難以實(shí)現(xiàn),唯一的辦法是減少工藝系統(tǒng)的熱源。工藝系統(tǒng)的熱源主要來自刀具在切削工程中產(chǎn)生的切削熱。最初的加工是采用硬質(zhì)合金焊接刀加工,在粗加工過程中發(fā)現(xiàn),工件的表面溫度到達(dá)70℃～80℃(手放在上面發(fā)燙),并且主軸轉(zhuǎn)速80rpm,走刀量為60mm/min。這主要是由于刀具的切削轉(zhuǎn)速低,進(jìn)給量小,鐵屑無法將大量的切削熱帶走,堆積在工件的表面,形成高溫。為解決這一問題,采用車間的INGOERSOLL機(jī)夾式刀盤配裝進(jìn)口刀片,并選擇適當(dāng)?shù)那邢鲄?shù),粗加工參數(shù)為主軸轉(zhuǎn)速300rpm,進(jìn)給300mm/min,切削深度為5mm,同時(shí)連續(xù)加注極壓乳化液,乳化液平均流量為10～20L/min。

通過這些改進(jìn),熱壓板加工過程中產(chǎn)生的熱量接近常溫(手放在工件表面只感覺微熱)。主要是因?yàn)楦咚偾邢鲿r(shí),產(chǎn)生的切削熱直接被鐵屑迅速帶離工件,同時(shí)采用冷卻手段有效保護(hù)了刀具的磨損,使加工過程變得更平穩(wěn)和流暢。

合理的方法提高了加工效率,又避免了因熱變形造成平面度和平行度超差的問題。

3 多次時(shí)效:克服工件殘余應(yīng)力引起的誤差

殘余應(yīng)力是指當(dāng)外部載荷去掉以后仍存留在工件內(nèi)部的應(yīng)力。殘余應(yīng)力是由于金屬發(fā)生了不均勻的體積變化而產(chǎn)生的。有殘余應(yīng)力的零件處于一種不穩(wěn)定狀態(tài),一旦其內(nèi)應(yīng)力的平衡條件被打破,其分布就會(huì)發(fā)生變化,從而引起新的變形,影響加工精度。冷加工產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力主要來自切削加工。減小或消除內(nèi)應(yīng)力的措施主要有:一是采用適當(dāng)?shù)臒崽幚砉ば?二是充足的應(yīng)力釋放過程;三是零件結(jié)構(gòu)要簡單合理,壁厚要均勻。

熱壓板結(jié)構(gòu)簡單,板厚比較均勻,但是根據(jù)零件的厚度比例屬于薄板類零件,容易產(chǎn)生應(yīng)力變形。而在加工中間要增加時(shí)效工序,對(duì)于如此大的零件,需要的費(fèi)用是可想而知的。為解決此問題采用了自然失效的工藝方法:1)粗加工完后,將工件放置在一個(gè)平整的位置,放置時(shí)間不少于72小時(shí)。這主要是讓工件中的殘余應(yīng)力在自然過程中達(dá)到平衡,以避免在精加工時(shí)產(chǎn)生變形。通過自然時(shí)效使粗加工過程中的殘余應(yīng)力得以減少或消除,但精加工時(shí)工件表面再次被切除,會(huì)產(chǎn)生新的殘余應(yīng)力;2)為解決半精、精加工加工時(shí)產(chǎn)生的殘余應(yīng)力,采取了工件多次翻面的加工方法使工件的殘余應(yīng)力達(dá)到平衡。即在第一面精加工完后,工件翻面將精加工面與等高墊鐵在工件自重的情況下自由接觸,此時(shí)由于殘余應(yīng)力的作用局部平面有可能與等高墊鐵不能完全接觸,在這種情況下就要用可調(diào)墊鐵作為輔助支撐,以防止共振。要特別注意在加輔助支撐時(shí)需要在此位置架百分表監(jiān)視,防止輔助支撐將工件頂起,而造成局部尺寸超差。在第二面精加工完后,方法同上加工第一面,直至工件兩平面在工件自重的情況下與等高墊鐵自由接觸。這一改進(jìn)既消除了粗加工時(shí)產(chǎn)生的應(yīng)力,又解決了精加工時(shí)產(chǎn)生的殘余應(yīng)力,保證了工件的平面度和平行度要求。

4 結(jié)論

(1)在加工一些大型薄板件時(shí),應(yīng)先從制造難點(diǎn)出發(fā),找出問題所在,就可以采用相應(yīng)的對(duì)策;

(2)通過工藝改進(jìn)后,實(shí)現(xiàn)了批量生產(chǎn),產(chǎn)品質(zhì)量和效率得到很大提高。

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