薄壁零件加工工藝的研究與優(yōu)化

雷巧林

薄壁零件一般是指加工件的壁厚和輪廓尺寸之間的比例小于1:20的加工零件。其結(jié)構(gòu)有薄板型、薄壁筒型及薄壁箱型等，其具有重量輕、空間占用比較小等優(yōu)勢，被廣泛用于精密儀器、航空航天等尖端領(lǐng)域。薄壁零件的剛性一般較差、抗變形能力弱，因?yàn)樵诩庸み^程中的夾緊力、切削力、加工熱量及殘余應(yīng)力，很容易造成薄壁零件發(fā)生變形，良好合理的加工工藝對薄壁零件的加工質(zhì)量具有重要影響。

1 利用耳片改進(jìn)加工工藝

本文以薄壁零件為例，零件主輪廓尺寸如圖1、圖2所示，該零件結(jié)構(gòu)復(fù)雜，零件材料的去除率高達(dá)85%，要求加工精度高。根據(jù)該零件的加工要求，可以采取多種加工方案，但各方案均存在一定的精度及效率問題。第一種方案可采用五軸數(shù)控車床進(jìn)行加工，將零件要求的工藝凸臺進(jìn)行一次性加工，達(dá)到零件加工要求。此方案的缺點(diǎn)在于五軸機(jī)床加工成本較高，且要求操作技術(shù)水平較高。第二種方案采用三軸數(shù)控銑床進(jìn)行加工，采用專用夾具，以保證零件加工要求。該方案優(yōu)點(diǎn)在于加工成本低，但零件的薄壁容易發(fā)生變形，加工過程容易出現(xiàn)不穩(wěn)定造成精度降低，且加工效率較低。

圖1 零件右側(cè)輪廓尺寸

圖2 零件左側(cè)輪廓尺寸

綜合不同方案的優(yōu)缺點(diǎn)，采用在毛坯料上設(shè)置工藝耳片的方案，通過耳片實(shí)現(xiàn)對零件的加工測量，既可以保證加工精度，又提升了加工效率、降低了加工成本，彌補(bǔ)了以上兩種方案的不足。該零件結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，包括曲面、平面、孔等構(gòu)成，常規(guī)加工方案是采用專門夾具進(jìn)行夾持，先加工零件正面，再加工零件背面，該方法加工效率低且容易造成零件變形。對常規(guī)加工工藝進(jìn)行優(yōu)化，先是取體積輪廓大于零件的毛坯料，然后加工毛坯料上的定位表面，再圍繞零件去除多余材料，并保持正反面之間的筋板，保證零件不從毛坯上脫落。最后利用鉗具將零件從毛坯上取下，并進(jìn)行其他處理。

2 改進(jìn)型加工方案操作流程

2.1 毛坯處理

取比零件尺寸大的毛坯料，并設(shè)定工藝耳片，作為零件定位和測量的基準(zhǔn)。加工毛坯時，毛坯的上下表面都要進(jìn)行加工，且要保證表面粗糙度小于3.2μm，以作為找正、定位及測量標(biāo)準(zhǔn)。其他表面粗糙值要求小于6.3μm。工藝耳片大小取18～23mm，其尺寸取決于零件的尺寸，在保證零件被夾緊的前提下，盡量降低耳片尺寸，以減少用料量。

2.2 一次固定加工

將薄壁零件的毛坯料固定安裝在銑床的加工工作臺上，利用毛坯上已處理好的表面進(jìn)行定位，將壓板壓在工藝耳片上，對異形薄壁毛坯料進(jìn)行夾緊固定。然后根據(jù)圖紙上的尺寸及精度要求，對毛坯件上表面部位的異形薄壁部分進(jìn)行加工。

2.3 二次固定加工

將壓板松開，對零件進(jìn)行180°翻轉(zhuǎn)，重新將壓板壓在工藝耳片上進(jìn)行加固。然后根據(jù)圖紙要求，對毛坯下表面部位的異形薄壁進(jìn)行加工，在這一加工過程中，需要留有能夠連接薄壁零件的上下部分的筋板，以保證零件不會從耳片上脫落下來，避免發(fā)生加工精度偏差。一般筋板厚度為 2～ 4mm。

2.4 后期處理

將加工后的毛坯和零件從銑床上取下，利用鉗具將零件與耳片進(jìn)行分離，并進(jìn)行一些必要的后期處理，去除多余的加工殘渣，對表面進(jìn)行進(jìn)一步的打磨，保證表面光滑度。

3 結(jié)語

本文對傳統(tǒng)正反面加工工藝進(jìn)行一定改進(jìn)，以零件的最大輪廓尺寸為基準(zhǔn)，在零件外輪廓設(shè)置工藝耳片，通過夾緊耳片，進(jìn)行基準(zhǔn)面的找正和定位，對異形薄壁零件進(jìn)行加工，并留有連接零件和毛坯件的筋板，最后利用鉗具去除筋板，將零件從毛坯上分離，完成異形薄壁零件的加工。該方法解決了異形薄壁零件加工變形的問題，在保證加工精度的前提下，既提高了加工效率，又降低了加工成本。

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