304不銹鋼吊裝門五金連接件銑削加工工藝分析

摘 要：文章介紹了校企合作生產(chǎn)中，在加工中心機(jī)床上批量加工304不銹鋼零件的工藝過程，分析和總結(jié)了不銹鋼吊裝門零件銑削加工工藝。

關(guān)鍵詞：不銹鋼加工；工藝分析；裝夾

中圖分類號：TG385.2 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-8937（2014）6-0075-03

銑削加工不銹鋼零件，按不銹鋼種類的不同，加工中會出現(xiàn)不同的問題，但所有的不銹鋼加工均存在加工硬化嚴(yán)重、積屑瘤和切屑容易粘附等弊端，需要根據(jù)實(shí)際加工條件，合理確定加工工藝，以保證加工質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)性要求。學(xué)院實(shí)訓(xùn)中心在2012年11月左右，與合作企業(yè)簽訂一批不銹鋼吊裝門零件外貿(mào)訂單生產(chǎn)業(yè)務(wù)，零件材質(zhì)為304不銹鋼，對方提供鍛打毛坯，需要加工數(shù)量為2萬件。零件圖如圖1所示。

1 零件分析

零件功能分析：該零件為吊裝門五金連接件，其作用是與其它零件裝配后固定吊裝門。要求在滿足零件功能前提下，外表美觀、無明顯缺陷。

生產(chǎn)類型分析：該零件加工數(shù)量為2萬件，屬于批量生產(chǎn)類型，材質(zhì)為304不銹鋼，毛坯料為鍛打件。因?yàn)槭峭赓Q(mào)訂單，對零件質(zhì)量和交貨期有較高要求。

零件結(jié)構(gòu)特征分析：需要加工結(jié)構(gòu)為M26×1、M8螺紋孔、雙圓頭通孔、？準(zhǔn)12沉孔、？準(zhǔn)3.6通孔、3×？準(zhǔn)5通孔等。

零件加工技術(shù)要求分析：根據(jù)該零件的功能特點(diǎn)，其加工技術(shù)要求為表面應(yīng)無劃痕、夾傷等影響外觀缺陷，加工結(jié)構(gòu)需要具有一定的對稱度，以確保不銹鋼五金件外形美觀要求；螺紋結(jié)構(gòu)需要與其它螺紋連接件旋合，所以應(yīng)確保螺紋結(jié)構(gòu)牙型完整、深度足夠；各種不同結(jié)構(gòu)和直徑的通孔為其它結(jié)構(gòu)件通過孔，需要保證孔徑實(shí)際尺寸必須大于等于基本尺寸；3×？準(zhǔn)5通孔還應(yīng)保證均布等位置要求；為保證與其配合的其它零件能夠正常裝配，各加工結(jié)構(gòu)之間相對位置尺寸應(yīng)保證在±0.1 mm以內(nèi)；所有加工部位不能出現(xiàn)毛刺、銳角等缺陷，以確保使用安全。

2 加工工藝分析

該零件外形為板條型結(jié)構(gòu)，需要在不同部位加工雙圓頭槽、通孔、沉孔、均布孔、螺紋等結(jié)構(gòu)；該零件加工數(shù)量為2萬件，數(shù)量較大；對加工質(zhì)量和交貨期有較高要求，因此，根據(jù)該零件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和生產(chǎn)類型，選擇在加工中心機(jī)床上加工。

由于該零件可以在一面完成所有結(jié)構(gòu)加工，為保證零件各加工部位的對稱度要求；減少工件裝夾輔助時間，提高加工效率，采用一次性裝夾加工完所有結(jié)構(gòu)。

該零件為批量生產(chǎn)，且為較難加工的304不銹鋼材料，提高加工效率是降低生成成本，提高經(jīng)濟(jì)性的重要手段，因此，首先要考慮生產(chǎn)效率問題。如在加工中心上進(jìn)行一次單件加工，考慮工件裝夾時間、頻繁換刀時間等因素，顯然不能達(dá)到較高的生產(chǎn)效率。為減少工件裝夾時間和減少頻繁換刀，適宜采用多件一次性裝夾加工工藝，在機(jī)床工作行程允許的前提下，盡可能一次性裝夾多個工件，相同結(jié)構(gòu)在一次換刀后全部加工完成，以降低單件工件裝夾和換刀輔助時間。

雙圓頭槽、沉孔、螺紋底孔采用立銑刀加工；鉆？準(zhǔn)3.6通孔、3×？準(zhǔn)5通孔時，由于毛坯表面光滑，麻花鉆難以定心，需要采用中心鉆定位后，再分別鉆孔加工；孔口倒角用45 ？觷倒角刀加工，以便去除銳邊和毛刺；螺紋底孔孔口倒角后，螺紋結(jié)構(gòu)采用螺紋銑刀銑削加工。

3 裝夾工藝選擇

根據(jù)加工工藝分析，為確保一次性盡可能裝夾多個毛坯，需要對夾具進(jìn)行設(shè)計(jì)。由于該零件非長期生產(chǎn)，因此，在保證裝夾要求的前提下，要盡量減少夾具設(shè)計(jì)和制造成本。

采用廢舊鋼材市場存放多年的廢舊板材作為夾具原材料，一方面由于板材露天存放時間久遠(yuǎn)，其內(nèi)應(yīng)力較少，可減少加工后夾具體變形，同時，成本低廉。夾具體零件圖如圖2所示。

為保證裝夾精度，夾具背面加工后，調(diào)面安裝在加工中心機(jī)床工作臺上，對零件毛坯安裝的正面進(jìn)行粗、精加工，對安裝接觸面要進(jìn)行去毛刺倒角處理，正面加工后不再從機(jī)床工作臺拆卸下來。工件夾緊裝置采用壓板機(jī)構(gòu)，確保夾緊狀態(tài)安全可靠，拆裝快捷。

4 加工路線選擇

由于該零件難加工結(jié)構(gòu)為三處M26×1螺紋孔，由于304不銹鋼材質(zhì)硬度高、韌性大，導(dǎo)致螺紋加工時間長，且由于刀具磨損，容易出現(xiàn)加工出的螺紋結(jié)構(gòu)達(dá)不到質(zhì)量要求的情況，而導(dǎo)致零件整體報(bào)廢，因此需要首先加工螺紋孔；螺紋底孔孔徑較大、深度較深，金屬切削量大，需要采用較大直徑刀具加工，以提高金屬切除率；螺紋加工前需要在底孔孔口倒角，然后銑削螺紋，其它孔需要在加工完成后進(jìn)行倒角，因此，需要兩次倒角加工；不銹鋼表面光滑，麻花鉆在鉆孔前需要有定位孔，以防止孔鉆偏斜，導(dǎo)致位置度誤差或折斷鉆頭。綜合以上分析，零件加工路線為：

第一道工序采用大直徑立銑刀加工三處螺紋底孔；第二道工序采用45 ？觷倒角刀對螺紋底孔孔口倒角；第三道工序采用螺紋銑刀銑削螺紋；第四道工序采用立銑刀加工？準(zhǔn)12沉孔、M8螺紋底孔和兩處雙圓頭通孔；第五道工序采用中心鉆鉆3×？準(zhǔn)5、？準(zhǔn)3.6定位孔；第六道工序鉆？準(zhǔn)3.6通孔；第七道工序鉆3×？準(zhǔn)5通孔；第八道工序采用45 ？觷倒角刀對沉孔、雙圓頭槽、均布孔等處倒角加工；第九道工序采用機(jī)用絲錐加工M8螺紋。

銑螺紋工序加工路線按照逐件銑削加工、往復(fù)路線，以避免由于刀片磨損而導(dǎo)致多件返工問題。加工路線如圖3所示。

其它每一道工序加工路線依據(jù)最短原則，采用往復(fù)路線依次進(jìn)行加工，以減少空刀行程和時間。盡量減少抬刀高度，抬刀高度以橫向移動不與夾緊裝置干涉即可。所有立銑刀采用螺旋下刀切入工件，螺紋底孔銑削時要切向切入和切出。

5 刀具選擇

加工304不銹鋼時，由于材質(zhì)硬度高韌性大，因此，對刀具切削部分的幾何角度，特別是刀具的前角、后角要選擇適當(dāng)。一般采用較大的刀具前角，增大前角可減小切屑流出過程中所遇到的阻力，后角則不宜過小，否則容易使工件表面產(chǎn)生摩擦，使加工表面粗糙度變差，同時加速刀具磨損，刀具后角也不宜過大，否則刀頭楔角減小，降低了切削刃的強(qiáng)度，容易發(fā)生崩刃現(xiàn)象。

由于切削力大，故刀桿必須具備足夠的強(qiáng)度和剛性，在裝夾刀具時要盡量減少懸伸長度，以免在切削過程中由于剛性不足而發(fā)生顫振和變形，而影響刀具使用壽命和零件加工表面質(zhì)量。

在選用刀具時除考慮加工效率和加工質(zhì)量以外，還必須要考慮刀具成本，立足現(xiàn)有條件，以減少刀具損耗題，提高經(jīng)濟(jì)性。

第一道工序采用大直徑立銑刀加工螺紋底孔。經(jīng)過對比試驗(yàn)，采用？準(zhǔn)20通用整體硬質(zhì)合金刀具，雖然能夠提高切削速度，但由于刀具前、后角度不適合，易發(fā)生崩刃現(xiàn)象，導(dǎo)致刀具成本提高，而采用？準(zhǔn)20高速鋼鍵槽銑刀，顯著延長了刀具使用周期，特別是不易崩刃，即使磨損后，也可以很容易地在現(xiàn)有小型萬能磨刀機(jī)上進(jìn)行修磨，顯著降低了刀具成本。因粗加工切削力大，底孔尺寸不穩(wěn)定，需留余量進(jìn)行精加工，以保證后續(xù)螺紋銑削加工質(zhì)量。

由于45 ？觷倒角刀切削量小，磨損少，故選用普通高速鋼材質(zhì)刀具即可。

該零件螺紋加工時間約占用總切削時間的50%左右，為提高加工螺紋效率，原來選用螺紋絲錐和螺紋梳刀加工，都不能正常加工出合格螺紋。主要是304不銹鋼材質(zhì)硬度大、韌性強(qiáng)特點(diǎn)，由于以上兩種刀具一次切削深度大，導(dǎo)致切削力大，排屑不暢易粘刀，螺紋變形嚴(yán)重。針對以上情況分析，后對螺紋銑刀具改進(jìn)，選用硬質(zhì)合金（YG）單刃螺紋銑刀分層小切深，大進(jìn)給切削，有效的解決了這個問題。

根據(jù)第四道工序所加工孔的大小，采用？準(zhǔn)8高速鋼鍵槽銑刀加工？準(zhǔn)12沉孔、M8螺紋底孔和兩處雙圓頭通孔。中心鉆及麻花鉆等其它刀具，全部采用優(yōu)質(zhì)高速鋼材質(zhì)刀具加工，磨損后使用磨刀機(jī)進(jìn)行修磨，以滿足刀具經(jīng)濟(jì)性要求。

6 切削用量選擇

切削用量不僅影響到加工效率和加工質(zhì)量，更影響到批量生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)性，經(jīng)過反復(fù)試驗(yàn)，確定各工序切削用量，見表1。

7 程序編寫

采用計(jì)算機(jī)編程和手工編程相結(jié)合的方法，編寫加工程序。首先，根據(jù)繪圖軟件確定各加工部位節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)（如圖4所示），以方便手工編程；其次，對螺紋銑削程序、攻絲程序進(jìn)行手工編程，以便于在程序調(diào)試階段將切削參數(shù)修改到合理值；最后，對螺紋底孔加工等其它加工程序，應(yīng)用CAM軟件編程，以提高編程效率和正確性，降低編程難度。

在編寫每一道工序的加工程序時，可將所有一次性裝夾毛坯按照一個整體毛坯來編程，或者將單件加工程序當(dāng)做子程序來調(diào)用，來加工下一個工件。

8 結(jié) 語

在實(shí)際生產(chǎn)中，由于刀具磨損，特別是單刃螺紋銑刀刀片磨損，而導(dǎo)致加工精度和質(zhì)量不能達(dá)到要求時，可以采用定時或定數(shù)檢測，來總結(jié)刀具磨損規(guī)律，找到刀具重磨或更換刀片的合理時間；由于304不銹鋼韌性大，在加工中容易產(chǎn)生粘刀問題，導(dǎo)致產(chǎn)生震動和噪聲，加劇刀具磨損，可采用在冷卻潤滑液中加入適量菜籽油，可以有效解決粘刀問題；為減少換刀時間，刀具在刀庫中的等待位置要與各加工工序相對應(yīng)；采用機(jī)用絲錐加工M8螺紋時，由于底孔加工刀具磨損，使得底孔尺寸變小，或者由于加工材料塑性大，絲錐排屑不暢產(chǎn)生積屑，而導(dǎo)致絲錐折斷出現(xiàn)廢品，因此，需要定期檢查底孔直徑大小和更換絲錐；需要在加工中及時清理切屑，特別是鉆孔時產(chǎn)生的帶狀切屑，容易纏繞到刀具上，而劃傷工件表面，影響零件外觀質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)：

[1] 沈建峰.數(shù)控銑床/加工中心編程與操作實(shí)訓(xùn)[M].北京：國防工業(yè)出版社，2008.

[2] 張德強(qiáng).CAXA數(shù)控銑CAD/CAM技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005.

[3] 董必輝.不銹鋼的銑削加工[J].工具技術(shù)，1994，（28）.

[4] 董必輝.不銹鋼加工用刀具切削參數(shù)選擇分析[J].機(jī)械制造與研究，2007，（6）.