薄壁零件銑削變形的控制研究

摘 要：針對(duì)高精度，帶密封槽的薄壁零件銑削，控制其加工變形尤為重要。裝夾方式、壓板位置等的選擇，刀具切削力大小，切削熱的控制對(duì)其加工變形影響極大。針對(duì)以上影響因素進(jìn)行把控，有效控制零件加工變形。

關(guān)鍵詞：薄壁零件;高精度;裝夾方式;壓板位置;切削力;切削熱;應(yīng)力集中;變形

“智能軌跡導(dǎo)向系統(tǒng)”有“地下巡航導(dǎo)彈”之稱，用于復(fù)雜地質(zhì)結(jié)構(gòu)地層油氣勘探與開(kāi)采。目前，“智能軌跡導(dǎo)向系統(tǒng)”等井下工具技術(shù)被國(guó)外幾家大公司所壟斷，并對(duì)我國(guó)采取禁售政策。我國(guó)目前使用的該產(chǎn)品，均為高價(jià)租用國(guó)外的。打破該項(xiàng)技術(shù)封鎖，是航天科工產(chǎn)業(yè)的一大布局，是航天科工賦予我公司的一項(xiàng)重要使命。“智能軌跡導(dǎo)向系統(tǒng)”零件在地下承受高于100MPa以上的壓力，具有結(jié)構(gòu)緊湊，精度極高等特點(diǎn)，其中，存在大量薄壁零件。該系統(tǒng)為機(jī)、液、電的集合體，其中間安裝有大量探測(cè)電路、傳感器探頭等，嚴(yán)禁出現(xiàn)液體浸蝕、電路短路現(xiàn)象，因此零件密封性要求極高。解決薄壁零件加工變形，是保證零件密封性的關(guān)鍵所在。

1 工件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與傳統(tǒng)加工方案

傳統(tǒng)薄壁零件銑削一般放于鏜床或龍門(mén)加工中心上進(jìn)行加工。分別以零件已加工的背面作為定位基準(zhǔn)，搭壓板壓平后，分粗、精銑進(jìn)行加工。其間，也有松、緊壓板等動(dòng)作，但由于裝夾方式中，工件受力點(diǎn)不合理，裝夾變形無(wú)法有效消除，造成精加工完成后，零件產(chǎn)生翹曲、扭曲等變形。

圖1零件，其外形為650×84×24，為典型高精度薄壁零件。背面為R97圓弧面，其正面為平面度為0.04的平面。中部有295×30、324×26交叉形腔，形腔外側(cè)有2.25×6的環(huán)形密封槽。其交叉形腔的交叉位置，在加工中會(huì)因?yàn)閼?yīng)力集中，造成零件加工完后變形。

在原來(lái)的加工方案中，工件加工面朝上，在龍門(mén)加工中心上，采用工裝（圖2）以R97圓弧定位，用螺釘壓緊工件兩側(cè)，厚度及形腔留2mm加工余量進(jìn)行粗銑開(kāi)坯;松壓緊螺釘，讓零件先充分變形后，在壓緊螺釘，精銑形腔、密封槽及平面。采用此種方式進(jìn)行加工，最后，檢測(cè)平面翹曲變形量為2mm，且伴有扭曲現(xiàn)象。分析原因：（1）在R97圓弧定位，銑刀向下進(jìn)行加工，切削力使工件產(chǎn)生塑形變形，產(chǎn)生切削殘余應(yīng)力集中，中途雖然通過(guò)松緊壓板，能消除部分殘余切削應(yīng)力，但精加工時(shí)，有會(huì)產(chǎn)生新的切削殘余應(yīng)力;（2）在精加工時(shí)，將形腔與密封槽、平面一起完成，其形腔突變位置依然會(huì)產(chǎn)生加工應(yīng)力，并得不到及時(shí)釋放。綜上原因，零件加工完成后，產(chǎn)生了較大變形，不能滿足設(shè)計(jì)要求。

2 加工方案調(diào)整及實(shí)施效果

針對(duì)以上變形原因的分析，在加工方案上進(jìn)行了調(diào)整，具體為：

2.1 更改定位位置，改變裝夾方式

如圖1所示，改原來(lái)R97圓弧面定位為已加工的兩側(cè)面其中一面定位。壓緊方式由原來(lái)工裝上螺釘壓緊改為壓板壓緊。其壓板位置選用左、中、右三點(diǎn)壓緊。這樣，增加了側(cè)面的壓緊力，避免了原來(lái)因螺釘壓緊力偏小，當(dāng)?shù)毒咔邢鲿r(shí)，工件在厚度方向產(chǎn)生較大塑形變形。

2.2 變粗、精銑加工為粗銑、半精銑、精銑

其中，粗銑是為了開(kāi)粗，除中部形腔直接銑削到位，其余各加工位置均留2mm加工余量，去除多余的材料;在半精銑時(shí)，平面及密封槽均留0.2mm加工余量;在精銑時(shí)，分兩刀，盡量減小切削力，將平面及密封槽加工到位。其中，將中部形腔在粗銑是加工到位，是結(jié)合零件使用功能，改形腔為流體過(guò)孔，后續(xù)小得形變，不影響其功能性，且前期加工到位，有足夠的時(shí)間及手段消除形腔突變產(chǎn)生的應(yīng)力集中。

2.3 合理設(shè)置粗銑、半精銑、精銑間隔時(shí)間

其間，采用“先松中間壓板，再略微帶力壓緊中間壓板，最后，完全松掉兩側(cè)壓板”的步驟松、緊壓板，使加工時(shí)產(chǎn)生的殘余應(yīng)力向兩端釋放，同時(shí)保證工件不移位。間隔時(shí)間也保證了工件完全冷卻，消除因切削熱產(chǎn)生的變形。

2.4 在切削過(guò)程中，冷卻液要給足，避免工件因切削熱聚集，造成溫度上升

通過(guò)加工工藝方案調(diào)整，采取諸多手段，有針對(duì)性地解決薄壁零件銑削變形的問(wèn)題。加工結(jié)束后，該零件上三坐標(biāo)檢測(cè)，結(jié)果顯示，所有尺寸精度及形位公差均滿足設(shè)計(jì)需要。結(jié)果表明，采用以上手段，有效的控制了薄壁零件銑削變形的問(wèn)題。

3 結(jié)語(yǔ)

根據(jù)零件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，開(kāi)動(dòng)腦筋，注重細(xì)節(jié)，有針對(duì)性的采取預(yù)防措施，制訂加工方案，可以有效的提高加工零件的形位精度和尺寸穩(wěn)定性，大大提高工件的合格率。該調(diào)整后的加工方案，為我們提供了一條銑削薄壁零件的思路，為以后類似產(chǎn)品的加工提供了全新的思考。

參考文獻(xiàn)：

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[2]邢鴻雁，陳榕林.機(jī)械制造難加工技術(shù).機(jī)械工業(yè)出版社，2008.11.

作者簡(jiǎn)介：宋榮燈（1983-），男，漢族，廣西南寧橫縣人，專科，研究方向：機(jī)械加工技術(shù)。