用于點(diǎn)膠成形技術(shù)的復(fù)雜型腔平面度工藝研究

摘 要：復(fù)雜型腔在加工成形過(guò)程中容易產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，導(dǎo)致零件的平面度嚴(yán)重超差，從而引起無(wú)法在型腔表面進(jìn)行點(diǎn)膠成形導(dǎo)電橡膠工藝的問(wèn)題。針對(duì)點(diǎn)膠成形技術(shù)，作者進(jìn)行了一系列工藝試驗(yàn)分析。最終試驗(yàn)得到有效的加工工藝流程，有效的改善復(fù)雜型腔的平面度，使其滿足點(diǎn)膠成形導(dǎo)電橡膠技術(shù)的使用要求。

關(guān)鍵詞：復(fù)雜型腔；平面度；退火校形；點(diǎn)膠成形技術(shù)

引言

隨著自動(dòng)化產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，點(diǎn)膠成形導(dǎo)電橡膠工藝因其獨(dú)特的使用方式、自動(dòng)化程度高、高屏蔽性能和較低生產(chǎn)的成本，使其在空間體積小、復(fù)雜結(jié)構(gòu)腔體中應(yīng)用越來(lái)越多。由于腔體在加工成形后平面度嚴(yán)重超差，引起點(diǎn)膠針頭與導(dǎo)電橡膠成形面之間的高度改變，從而影響導(dǎo)電橡膠的外形尺寸。因此解決復(fù)雜型腔加工后平面度問(wèn)題成為實(shí)施點(diǎn)膠成形導(dǎo)電橡膠工藝的關(guān)鍵。文章從實(shí)際加工工藝角度出發(fā)，試驗(yàn)分析不同工藝流程對(duì)平面度的影響，進(jìn)而得到有效的加工工藝流程，滿足了點(diǎn)膠成形導(dǎo)電橡膠工藝的使用要求。

1 復(fù)雜型腔平面度問(wèn)題分析

復(fù)雜型腔的使用材料一般為冷軋制鋁板其牌號(hào)為6061-T651，由鋁合金牌號(hào)6061和熱處理狀態(tài)T651組成，T651代表的意思是：T6-固溶處理后人工時(shí)效；Tx51-為消除固溶處理后的殘余應(yīng)力進(jìn)行拉伸處理，板材有0.5%～3%的永久變形，X代表3、4、6或8，如T351、T651、T851，拉伸消除應(yīng)力后不做任何矯正時(shí)效。其成分如表1所示。

復(fù)雜型腔在加工過(guò)程中由于去除表面硬化層產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力、加工內(nèi)腔體過(guò)程中產(chǎn)生的加工內(nèi)應(yīng)力和裝夾內(nèi)應(yīng)力，導(dǎo)致加工后復(fù)雜腔體的平面度嚴(yán)重超差。傳統(tǒng)復(fù)雜型腔裝配是使用導(dǎo)電橡膠條進(jìn)行電磁屏蔽密封，通過(guò)螺釘緊固后腔體自然整平，通過(guò)自然時(shí)效后內(nèi)應(yīng)力會(huì)逐漸消退。但如果復(fù)雜腔體進(jìn)行點(diǎn)膠成形導(dǎo)電橡膠工藝，加工后平面度必須滿足后續(xù)工藝使用要求。

加工后復(fù)雜型腔由于內(nèi)應(yīng)力不均勻而產(chǎn)生變形，從而導(dǎo)致平面度不能滿足后續(xù)工序要求。

引起內(nèi)應(yīng)力不均的主要原因有如下三個(gè)：

（1）6061-T651屬于冷軋制鋁板，表面有一層硬化層，材料未加工之前處于應(yīng)力平衡狀態(tài)，在加工過(guò)程中，由于硬化層被去除，導(dǎo)致材料內(nèi)部應(yīng)力不均（如圖1所示）。

（2）另一個(gè)主要原因可能是復(fù)雜腔體材料切削去除量較大，導(dǎo)致腔體與腔體之間產(chǎn)生復(fù)雜應(yīng)力。

（3）腔體在裝夾過(guò)程中產(chǎn)生的裝夾應(yīng)力。

2 擬定工藝試驗(yàn)方案

依照上述原因，分析引起復(fù)雜腔體平面度問(wèn)題的主要原因可能是內(nèi)應(yīng)力分布不均，解決這一問(wèn)題常用的方法為去應(yīng)力退火，而解決由內(nèi)應(yīng)力引起變形的問(wèn)題常用模具退火校形，零件在模具的限制下，通過(guò)退火得到一個(gè)平衡的內(nèi)應(yīng)力，從而達(dá)到校形目的。

根據(jù)點(diǎn)膠工藝選用復(fù)雜腔體如圖2所示，厚度為5.8mm，腔深4.3mm，圓柱凸臺(tái)高為0.5mm，筋寬為3mm。依據(jù)上述原因?qū)Σ叻治黾耙酝鶑?fù)雜腔體加工經(jīng)驗(yàn)擬定如下四種加工工藝流程進(jìn)行試驗(yàn)：

（1）采用螺裝工藝裝夾毛坯，銑表面余量，保證屏蔽盒厚度尺寸——銑凸臺(tái)——銑型腔——銑孔位——銑外形落料。在此加工工藝中毛坯背面不加工。

（2）采用螺裝工藝裝夾毛坯，銑表面余量0.5mm，反面裝夾，依然采用螺裝工藝裝夾，銑表面余量保證厚度尺寸——銑凸臺(tái)——銑型腔——銑孔位——銑外形落料。

（3）下料后，對(duì)毛坯進(jìn)行去應(yīng)力退火，退火參數(shù)為升溫30min至180℃后保溫2.5h，空氣冷卻。然后加工方法與方案1一致。

（4）對(duì)采用方案1加工后的復(fù)雜腔體進(jìn)行去應(yīng)力退火整形。退火工藝為：采用45#鋼板制作工裝將零件裝夾在中間，四周用螺栓夾緊，升溫30min至300℃后保溫2.5～3h，空冷。

3 工藝試驗(yàn)結(jié)果及分析

使用三坐標(biāo)測(cè)量分析儀對(duì)上述4種不同加工工藝流程的零件進(jìn)行平面度測(cè)量，結(jié)果如表2所示。通過(guò)表2可以發(fā)現(xiàn)方案1平面度最差，而方案2和3平面度相對(duì)較好，但仍不能滿足點(diǎn)膠成形導(dǎo)電橡膠工藝使用要求，這說(shuō)明去除表面硬化層和加工前對(duì)材料進(jìn)行去應(yīng)力退火，對(duì)于改善平面度是有一定作用的。

為對(duì)比方案4中退火整形對(duì)平面度的影響，先對(duì)試驗(yàn)件進(jìn)行檢測(cè)后，再進(jìn)行退火整形處理，然后再次測(cè)量平面度，對(duì)比其效果。測(cè)量后得到復(fù)雜型腔平面度如表3所示。

通過(guò)表3得知整形退火后的平面與加工工藝方案2、3的結(jié)果相差不大，同樣未達(dá)到點(diǎn)膠成形工藝的使用要求。通過(guò)查閱資料和分析得知，引起上述問(wèn)題的原因可能是由于冷卻方法不得當(dāng)造成的，要盡可能延長(zhǎng)冷卻時(shí)間，讓零件內(nèi)應(yīng)力得到更好的釋放，從而達(dá)到所期望的內(nèi)應(yīng)力平衡狀態(tài)，達(dá)到整平的效果。

在后續(xù)試驗(yàn)中，改進(jìn)了退火工藝參數(shù)，將空冷改為隨爐冷卻，12h后取出。對(duì)方案1中三個(gè)試樣進(jìn)行上述參數(shù)試驗(yàn)后得到復(fù)雜腔體平面度如表4所示。

由表4看出改善退火工藝參數(shù)后，復(fù)雜腔體平面度有了顯著的改善，較之前的退火處理也有了較大的改善，說(shuō)明延長(zhǎng)退火冷卻時(shí)間對(duì)復(fù)雜型腔整平有著關(guān)鍵作用。

但是考慮到實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中復(fù)雜腔體的多樣性，尤其對(duì)于背面有臺(tái)階的復(fù)雜腔體，如果每套復(fù)雜腔體制作相應(yīng)配套夾具，會(huì)嚴(yán)重增加加工成本以及降低加工效率。針對(duì)上述問(wèn)題，根據(jù)點(diǎn)膠復(fù)雜型腔的特點(diǎn)——兩個(gè)型腔對(duì)應(yīng)配套使用，制作配套模板（如圖3所示）夾在兩復(fù)雜腔體中間，然后用M2.5螺釘緊固，緊固時(shí)用力矩扳手，力矩大小為2.5N·m。將“裝配”好的復(fù)雜腔體放入真空爐，進(jìn)行退火處理，退火工藝參數(shù)同上，測(cè)量得到平面度結(jié)果如表5所示。

通過(guò)表5對(duì)比表4可以看出，采用復(fù)雜型腔配對(duì)裝配后退火整平的方法相比使用夾具退火整平的方法有一定差異，前者可以得到平面度小于0.2mm復(fù)雜型腔，已能夠滿足點(diǎn)膠成形導(dǎo)電橡膠工藝的使用要求。

4 結(jié)束語(yǔ)

針對(duì)點(diǎn)膠成形提出復(fù)雜型腔平面度問(wèn)題，作者結(jié)合以往加工經(jīng)驗(yàn)，對(duì)其進(jìn)行了加工工藝試驗(yàn)，整形試驗(yàn)。通過(guò)試驗(yàn)結(jié)果我們得知：

（1）根據(jù)復(fù)雜腔體制作夾具，進(jìn)行退火熱處理整形可以顯著改善其平面度，退火處理的關(guān)鍵是保溫后零件冷卻速度。根據(jù)其使用特點(diǎn)配對(duì)螺釘裝配后退火整平的工藝方法，可針對(duì)復(fù)雜型腔種類(lèi)多，外形復(fù)雜的特點(diǎn)，節(jié)約生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率。

（2）從加工的角度看，對(duì)于6061-T651型號(hào)鋁合金，表面具有硬化層，從表2也可以看出，兩面去除表面余量的加工方法相比單面加工的平面度是有優(yōu)勢(shì)的。也就是說(shuō)，從加工方法出發(fā)，仍有改善的余地。

參考文獻(xiàn)

[1]方博武.金屬冷熱加工的殘余應(yīng)力[M].北京：高等教育出版社，1991.

[2]陳日曜.金屬切削原理[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1993.

[3]董兆偉.鋁合金整體結(jié)構(gòu)件銑削加工殘余應(yīng)力及變形研究[D].北京：北京航空航天大學(xué)，2006：89-94.

[4]趙威，何寧，等.薄壁結(jié)構(gòu)高效銑削加工[J].航空精密制造技術(shù)，2002，38（6）：12-15.

[5]中國(guó)機(jī)械工業(yè)教育協(xié)會(huì).金屬工藝學(xué)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005，1.

作者簡(jiǎn)介：曾慶軍（1988-），男，助理工程師，主要從事整機(jī)工藝設(shè)計(jì)研發(fā)工作。