典型薄壁管道零件的加工

吳曉萍 蘇琳 周沛

摘 要： 該零件屬于異形薄壁類零件整體加工的典型件。零件材料LY12CZ，零件壁厚2mm。以往類似形狀的零件材料為1Cr18Ni9Ti，采用鈑金件加工方法加工零件，工藝人員將零件進(jìn)行拆分，形成各個(gè)分割件，然后編程進(jìn)行分割件激光切割，鉗工分割件單件成形后，氬弧焊點(diǎn)焊定位，校形，滿焊成零件。此批零件要求為整體結(jié)構(gòu)件，分析零件結(jié)構(gòu)，加工存在以下難點(diǎn)：一是零件各個(gè)面為曲面，無(wú)加工基準(zhǔn)；二是如何控制薄壁加工中的變形；二是零件外形及內(nèi)腔形狀呈均勻壁厚管道狀，如何進(jìn)行零件內(nèi)外形的加工，如何保證管路內(nèi)腔圓滑過(guò)渡。這三點(diǎn)是文中研究的關(guān)鍵點(diǎn)。

關(guān)鍵詞： 異形零件；工藝臺(tái)；編程坐標(biāo)系

前言：零件結(jié)構(gòu)如圖1、圖2所示，它不存在任何平面，壁厚2㎜，是異形薄壁類管道零件整體加工的典型件。零件材料LY12CZ，零件各個(gè)面為曲面，無(wú)加工基準(zhǔn)，零件外形及內(nèi)腔形狀呈均勻壁厚管道狀，如何進(jìn)行零件外形、內(nèi)形的加工，如何保證管路內(nèi)腔圓滑過(guò)渡，如何控制加工中的變形。以下將從三方面介紹此零件的加工。

1加工工藝思路

1.1 零件加工設(shè)備的選擇

零件各個(gè)面呈曲面狀，三軸數(shù)控機(jī)床加工，需要翻轉(zhuǎn)各個(gè)加工面，五軸設(shè)備依據(jù)主軸轉(zhuǎn)動(dòng)的優(yōu)勢(shì)，不需要過(guò)多的翻轉(zhuǎn)加工面，從加工經(jīng)濟(jì)性分析，如果選擇五軸數(shù)控機(jī)床加工，加工費(fèi)用是三軸設(shè)備的3倍，零件加工成本高，綜合分析選用三軸數(shù)控機(jī)床加工。

1.2 零件加工毛坯設(shè)置

數(shù)控編程毛坯設(shè)置兩個(gè)一致，一是需保證編程設(shè)置的毛坯和實(shí)際加工的毛坯一致，二是零件在毛料上的位置與編程界面位置設(shè)置一致。

零件毛料設(shè)置首先將能包住零件輪廓的生料設(shè)置出來(lái)，如所示，包住零件輪廓尺寸為：135㎜×134㎜×173㎜，再根據(jù)加工工藝思路中工藝加工的設(shè)置將零件毛料尺寸擴(kuò)大至：150㎜×150㎜×234㎜。編程時(shí)選擇彎度較小的面與處理后的毛料的一個(gè)平面平行，作為零件加工的第一個(gè)基準(zhǔn)面。

1.3 加工工位

本次編程共設(shè)六個(gè)工位，每個(gè)工位對(duì)應(yīng)一個(gè)加工坐標(biāo)系，多方位的加工得到所需的零件。

2 零件加工

2.1 加工工位1

分粗、精兩步加工，上表面對(duì)刀，D20R3銑內(nèi)腔，零件面預(yù)留0.6㎜，軸向最大切深0.6㎜。由于這個(gè)零件加工到最佳狀態(tài)，目前三軸銑床需裝夾的次數(shù)較多，故在第一次裝夾拉直好后先銑一個(gè)角，方便后續(xù)加工的區(qū)分。模擬程序中發(fā)現(xiàn)內(nèi)腔深度較大，比較容易蹭刀桿，故采用分層加工，將蹭刀桿的部位多留余量。

2.2 加工工位2

沿工位1的X軸逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)90度進(jìn)入工位2，底面對(duì)刀，進(jìn)行斜平面的加工，為下一個(gè)工序做準(zhǔn)備。在加工過(guò)程中由于刀桿不夠長(zhǎng)所以采用上下分中，一半一半進(jìn)行加工，最后銑一個(gè)基準(zhǔn)孔，并插入軸系3，要求Z軸垂直于斜平面。

2.3 加工工位3

采用虎鉗裝夾進(jìn)行加工（如圖4所示），注意拉直斜平面并確保斜平面平行于工作臺(tái)面，分粗、精兩步加工，首先等高降層粗銑D20R3銑內(nèi)腔，粗加工排量，預(yù)留1㎜，然后等高線精加工。

2.4 加工工位4

加工設(shè)定4：接工位3的精加工，因在工位3的坐標(biāo)下通風(fēng)組件的脖頸處彎度較大的部分避角，加工不到，故更換裝夾方式，更換坐標(biāo)系對(duì)其單獨(dú)加工，采用等高線工具編程，坐標(biāo)系位置及加工部位。

通風(fēng)組件內(nèi)腔銑削到這里基本結(jié)束，接下來(lái)開始外形銑削，因其整個(gè)外形均為曲面，考慮到裝夾，將其均分成兩部分分開加工，具體見(jiàn)加工設(shè)定5和加工設(shè)定6。

2.5 加工工位5

加工設(shè)定5：外形銑削，同樣的粗加工、精加工兩步，首先D20R3等高降層粗銑，軸向最大切深0.7㎜，零件面預(yù)留1㎜，檢查面預(yù)留1㎜，其次D20R5引導(dǎo)切削精加工，軸向最大切深1㎜，切層數(shù)目1層，零件面預(yù)留0.2㎜，檢查面預(yù)留0.2㎜。內(nèi)形加工完成后，如圖11填充石膏，目的是避免加工外形的沖擊對(duì)管道壁厚的影響，石膏中間加合適芯棒，底座外形則用曲面等參數(shù)線行切加工，如圖3所示。

2.6 加工工位6

即將未加工的另一半外形進(jìn)行加工，和工位5的均相同，不過(guò)需要更改坐標(biāo)系。

2.7 去除工藝臺(tái)

零件加工最終工序?yàn)殂Q工去除工藝臺(tái)，工藝臺(tái)去除后拋光打磨工藝臺(tái)與零件接觸面，保證拋光打磨處粗糙度滿足零件加工要求。

3 結(jié)論

零件加工過(guò)程變形的控制方法，通過(guò)工藝預(yù)測(cè)和加工變形的積累確定變形量。薄壁類零件最重要的是加工變形的控制。通過(guò)工藝平臺(tái)位置的設(shè)置，合理釋放零件的內(nèi)應(yīng)力。零件各個(gè)面加工的先后順序也是薄壁零件工藝員考慮的關(guān)鍵點(diǎn)。加工程序用VERICUT進(jìn)行仿真，確保程序的正確，最終保證零件的合格交付。此典型零件的加工工藝思路，在同類型零件加工中具有推廣的意義。

參考文獻(xiàn)

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[2]王榮興. 數(shù)控銑削加工實(shí)訓(xùn).上海：華東師范大學(xué)出版社，2008.