典型薄壁零件數(shù)控銑削加工工藝

袁瑾

摘要：薄壁零件廣泛地應(yīng)用在各工業(yè)部門，它具有重量輕，節(jié)約材料，結(jié)構(gòu)緊湊等特點(diǎn)。但薄壁零件很難加工，本文就針對薄壁類零件加工的困境，分析薄壁零件在加工中存在的易變形、零件尺寸精度、位置精度及表面粗糙度不易保證等技術(shù)問題，為更好的銑削薄壁零件提供了依據(jù)及借鑒。

關(guān)鍵詞：薄壁零件；加工工藝；變形；裝夾

鋁合金整體結(jié)構(gòu)件具有薄壁化、輕量化、強(qiáng)度高和耐腐蝕的特點(diǎn)，可有效滿足飛行器高速、高機(jī)動(dòng)性對零件的要求。這類零件目前大量采用數(shù)控銑削的加工方法生產(chǎn)，但由于薄壁結(jié)構(gòu)形狀復(fù)雜，相對剛度較低，故加工工藝性差。一般加工此類零件時(shí)，為保證工藝精度，一般采用在最后精加工之后，進(jìn)行無進(jìn)給光切幾次，這樣無疑增加了工時(shí)，降低了生產(chǎn)效率，還容易因刀具后刀面與工件間的積屑瘤造成加工表面粗糙。下面就以銑削加工時(shí)產(chǎn)生變形的原因和控制方法進(jìn)行了研究。

1.產(chǎn)生變形的原因

薄壁件由于本身結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜，壁薄，質(zhì)量較小，同時(shí)精度要求高，剛度和強(qiáng)度也有一定要求，這導(dǎo)致其易受切削力和切削振動(dòng)及裝夾力、切削熱的影響。在選擇毛坯時(shí)，盡量選用消除了內(nèi)應(yīng)力的原材料。

2.工件的裝夾條件

剛性較差的薄壁結(jié)構(gòu)件，裝夾是引起加工變形較重要的一個(gè)因素。薄壁件的數(shù)控銑削中，裝夾方案的優(yōu)劣，將直接影響加工的精度、表面品質(zhì)、勞動(dòng)生產(chǎn)率和生產(chǎn)成本。在制定薄壁零件裝夾方案時(shí)，應(yīng)首先根據(jù)零件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和加工技術(shù)要求，進(jìn)行加工過程的受力和變形分析與計(jì)算，找出最易變形的薄弱部位；同時(shí)要特別注重定位與夾緊方式、夾緊力的選擇，使工件所受綜合作用力和力矩盡可能小，從而提高零件工藝剛度，減小零件的裝夾變形及切削振動(dòng)，最終達(dá)到提高工件幾何精度的目的。

2.1加工殘余應(yīng)力

零件在加工過程中，由于刀具對已加工面的擠壓、刀具前刀面與切屑、后刀面與已加工表面之間的摩擦等綜合作用，使零件表層內(nèi)部產(chǎn)生新的加工殘余應(yīng)力。殘余應(yīng)力是一個(gè)不穩(wěn)定的應(yīng)力狀態(tài)，當(dāng)零件受到外力作用時(shí)，外力與殘余應(yīng)力相互作用，使其某些局部呈現(xiàn)塑性變形，截面內(nèi)的應(yīng)力重新分配，當(dāng)外力作用去除后，整個(gè)零件由于內(nèi)部殘余應(yīng)力的作用發(fā)生變形，這種切削過程中殘余應(yīng)力的重新分布引起的工件變形，對加工質(zhì)量產(chǎn)生重要影響。

3.減少薄壁件變形的途徑和方法

3.1提高薄壁零件的工藝剛度

薄壁零件數(shù)控銑削加工中，增大薄壁零件的剛度與強(qiáng)度，能夠有效的增強(qiáng)薄壁零件的抗應(yīng)力能力，從而減小加工裝夾變形與加工變形。增強(qiáng)薄壁零件強(qiáng)度大的方式有：①采用澆液、澆灌石磨等方式，在加工件內(nèi)部填充一些容易去除的物質(zhì)，從而增大零件壁厚，提高剛度；②采用具有較高彈性模量的材料，能夠有效的提升零件剛度，從而避免受力變形；③因?yàn)楸”诹慵墓に噭偠扰c加工方式有關(guān)，因此提升工裝與工件之間的有效加工精度與表面光潔度，能夠提升接觸剛度，從而增強(qiáng)材料的剛度。

3.2優(yōu)化走刀策略和加工順序

薄壁零件數(shù)控銑削加工的加工順序以及走到策略，對于零件的結(jié)構(gòu)具有直接的影響，為了避免材料變形，應(yīng)該做好如下的質(zhì)量控制措施。首先 設(shè)計(jì)合理的加工順序，可以有效地減小加工變形。選擇良好加工順序的總體原則，是在保證工件方便、可靠定位和利于工件裝夾的前提下，隨著加工的進(jìn)行，最大限度地減少自身剛度和工藝剛度的降低，使加工過程在剛性較好的狀態(tài)下進(jìn)行，以減小加工變形。

其次刀具的選擇，加工中，刀具材料以及曹局結(jié)構(gòu)對切削具有關(guān)鍵的影響，因此所選擇的刀具，應(yīng)該滿足高硬度、耐磨性以及經(jīng)濟(jì)性的相關(guān)要求，同時(shí)需要具備耐熱性以及良好的高溫力學(xué)穩(wěn)定性。對于薄壁材料來說，需要根據(jù)加工條件選擇合適的刀具材料，并且保證刀具滿足切削速率的要求，尺寸結(jié)構(gòu)滿足機(jī)床的要求。當(dāng)前硬質(zhì)合金已經(jīng)成為刀具材料的主流，為了制造具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的精密刀具，應(yīng)該選擇具有良好切削性能以及耐磨能力強(qiáng)的高硬度刀具材料。而刀具結(jié)構(gòu)需要根據(jù)零件的結(jié)構(gòu)選擇，由于零件的剛性差，因此刀具應(yīng)該滿足切削力與切削精度的要求，從而保證零件加工質(zhì)量。

3.3制定合理的工藝路線

薄壁零件數(shù)控銑削加工的工藝流程以及工藝參數(shù)的設(shè)定，對于零件的變形具有重要的影響，為了有效的控制加工變形，應(yīng)該在加工過程中，保證夾具的穩(wěn)定加工，從而盡可能的降低切削力與夾裝變形。夾具的夾緊力必須按照最大切削量進(jìn)行計(jì)算，從而確定夾緊力的值，在加工過程中，應(yīng)該采用粗加工—精加工的工序進(jìn)行加工，因?yàn)榇旨庸ち粝螺^大的切削余量，因此需要有效的進(jìn)行熱處理工序，消除零件殘余應(yīng)力，從而提高零件的穩(wěn)定性。薄壁材料在加工過程中，應(yīng)該懸著合理的切削力、合理的裝夾方案以及冷卻方式，從而對材料的加工因素進(jìn)行有效控制，避免加工過程造成的材料變形。

3.4選取合理切削參數(shù)，高效穩(wěn)定地加工

在確定切削參數(shù)時(shí)，通常根據(jù)加工品質(zhì)及刀具和工具材料，先根據(jù)銑刀切削速度和主軸直徑確定主軸轉(zhuǎn)速，然后參閱手冊選擇銑刀每齒進(jìn)給量，再由銑刀刃數(shù)代入式計(jì)算得到刀具的進(jìn)給速度。

3.5薄壁零件的高速加工

薄壁零件高速銑削的優(yōu)點(diǎn)是切削力小，所以在加工薄壁零件時(shí)工件產(chǎn)生的讓刀變形相應(yīng)的減小，易于保證零件的尺寸精度和形位精度；高速切削時(shí)由于切削熱大部分由切屑帶走，工件溫度升不高，工件的熱變形小，這對于減小薄壁零件的變形非常有利；刀具的激振頻率提高使激振頻率避開薄壁結(jié)構(gòu)工藝系統(tǒng)的振動(dòng)頻率范圍，從而避免切削振動(dòng)，實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)切削；刀具伸長度短，剛性好?？梢姼咚偌庸ご_實(shí)具有相當(dāng)?shù)膬?yōu)越性。但它也存在一定的缺點(diǎn)，單個(gè)刀具成本比較高，機(jī)床系統(tǒng)要求高，刀具平衡性要求高，主軸壽命比較短。較硬的金屬就不適合高速切割加工的方法。

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