金屬隔膜貯箱薄壁異型支撐環(huán)車削技術(shù)

張勇 武曉平

摘 要：金屬隔膜貯箱用鈦制支撐環(huán)是防止膜片反向失穩(wěn)的關(guān)鍵部件，其機(jī)械結(jié)構(gòu)特點為薄壁和異型。該零件傳統(tǒng)的加工方法中涉及數(shù)控車削和鏜孔等多個工種。本文利用車銑復(fù)合加工中心，通過調(diào)整工藝順序、制作專用刀具、發(fā)揮編程技巧，將原本復(fù)雜的多個工序綜合為一道車銑復(fù)合，大幅縮短了加工周期，提高了零件質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：支撐環(huán) 薄壁零件 精密切削 刀具及切削參數(shù) 0.8±0.05mm壁厚

一、概述

該零件為某型號金屬隔膜貯箱所用支撐環(huán)，結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。該零件壁薄且異型，主體壁厚尺寸為0.8±0.05mm，共分布有360個“減重孔”和“通氣孔”。

采用車銑復(fù)合中心加工該零件實現(xiàn)了一次裝夾下完成數(shù)控車削和鏜孔，大幅提高了生產(chǎn)效率和加工精度;同時，將原本的先車“內(nèi)”→后車“外”的加工順序調(diào)整為先車“外”→后車“內(nèi)”，無需使用球頭工裝支撐工件，大幅降低了工裝制作的成本。經(jīng)過改進(jìn)后的加工工藝流程如圖2所示。

車銑復(fù)合加工中心的合理利用，可以將原本復(fù)雜的多個車、鏜工序合并為一，同類零件的加工中均可推廣使用，大幅提高了生產(chǎn)效率和加工精度。

二、加工難點分析

（1）該零件材料為鈦合金（TC4），主要加工特性為變形系數(shù)小;熱導(dǎo)率低;化學(xué)活性高;切削溫度高;冷硬現(xiàn)象嚴(yán)重、單位面積上的切削力較大;刀具易磨損等。

（2）該零件壁厚一致性要求高，設(shè)計值為0.8±0.05mm;若采用先車“外”、后車“內(nèi)”的工藝順序，薄壁的加工過程內(nèi)表面無球頭支撐，需選擇盡量小的切削用量，減小單位面積的接觸力和變形應(yīng)力。

（3）支撐環(huán)主體除了0.8mm厚的薄殼結(jié)構(gòu)，還分布有1mm厚的加強(qiáng)筋及3mm寬的環(huán)槽，三種結(jié)構(gòu)的加工均需要設(shè)計專門的車削刀具。

（4）車銑復(fù)合加工中心上一次裝夾完成車削和鏜孔，其中鏜孔包括端面72-Φ3mm的“通氣孔”和288-Φ4mm“減重孔”，均需調(diào)用動力頭裝置采用模態(tài)循環(huán)鉆孔的方法實現(xiàn)。

三、解決方案

3.1切削參數(shù)

針對鈦合金（TC4）的加工特性，通過查閱相關(guān)鈦合金的切削參數(shù)，再通過試切削來確定該零件的加工參數(shù)。該參數(shù)可以保證零件車削加工，對于同類材料零件加工提供了借鑒經(jīng)驗。

確定從以下5個方面進(jìn)行切削參數(shù)選擇，a使用較低的切削速度;b選擇相對較大的切削深度;c選用合適的刀具;d加工中避免暫停和加工行進(jìn)方向的突變;e保證工件充分冷卻。

3.2零件加工

3.2.1內(nèi)弧面的加工

該零件內(nèi)、外弧面的加工，都不能采用傳統(tǒng)的規(guī)則薄壁球類殼體加工方案。內(nèi)弧面的加工設(shè)計要求支撐環(huán)大口端R7mm翻邊同心與內(nèi)弧面曲線軸向同心，如果二者存在偏心，會直接影響支撐環(huán)與金屬隔膜的裝配，導(dǎo)致產(chǎn)品尺寸不合格。為此，內(nèi)弧面與過渡圓滑R7的加工在一次加工中完成，保證同心。

3.2.2外弧面的加工

外弧面的加工過程中，為了降低U型槽的加工難度，采用了多工步、多刀具的加工方案。首先，將支撐環(huán)毛坯整體壁厚加工至一定尺寸，再對U型單獨(dú)進(jìn)行車削，將外弧面整體分割為3個相對獨(dú)立的單元進(jìn)行加工。

為保證加工質(zhì)量，按照U型槽尺寸及形狀進(jìn)行刃磨合理刀具，確定了合理精確刀具角度。在加工過程中首先使用粗車刀具完成U型槽粗加工工步，其次使用精車刀具車削U型槽剩余部分。

3.2.3環(huán)形槽加工

環(huán)形槽的加工分兩步走，第一步用手工刃磨刀具采用左右趕刀的方法粗車槽型;第二步用端面精車槽刀對3mm環(huán)形槽進(jìn)行精車，保證其尺寸公差。

3.2.4“減重孔”和“通氣孔”的加工

車銑復(fù)合加工中心上一次裝夾完成“減重孔”和“通氣孔”的鏜孔加工，其中鏜孔包括端面72-Φ3mm的“通氣孔”和288-Φ4mm“減重孔”，均需調(diào)用動力頭裝置采用模態(tài)循環(huán)鉆孔的方法實現(xiàn)。

3.3刀具設(shè)計

3.3.1刀具材料的選擇

經(jīng)過查閱相關(guān)資料并經(jīng)過多次試驗后，發(fā)現(xiàn)使用YG643鎢鈷類硬質(zhì)合金刀具，所加工出的零件表面粗糙度可以滿足設(shè)計要求，加工過程中刀具磨損很小，未出現(xiàn)粘接現(xiàn)象，經(jīng)過使用大劑量的乳化液充分冷卻，完全可以滿足該類零件的加工要求。

3.3.2刀具幾何參數(shù)選擇

（1）前角和刃傾角：選擇較小的前角和刃傾角，為增加切削刃的強(qiáng)度，該零件的加工中我選取了前角為4゜～ 8゜，刃傾角為0゜～ -5゜。

（2）后角：為了減小刀具后刀面與過渡表面和已加工表面的接觸面積，選取了10゜～ 15゜較大的后角。

（3）主、副偏角：為改善加工超彈鈦的散熱條件，減小主切削刃上的載荷，按照加工所允許的最小條件，刃磨出了刀具的主、副偏角。

3.3.3刀具形狀的選擇

傳統(tǒng)的刀具無法滿足該零件的加工要求，根據(jù)零件結(jié)構(gòu)特征，制作專用刀具來完成該零件的車削加工。

3.4程序編制

將原有手工編程改為運(yùn)用NX10.0軟件編程，大幅度縮減編程輔助時間，更重要的是保證了程序的正確性和重復(fù)利用性。

3.5在線加工

3.5.1在機(jī)床內(nèi)設(shè)定相關(guān)參數(shù)：I/O通道，波特率.奇偶校驗等。

3.5.2在電腦上的PCIN傳輸軟件中設(shè)定對應(yīng)機(jī)床設(shè)置的參數(shù)，并應(yīng)與其保持一致。

3.5.3將R-232電纜接好，選擇機(jī)床的遠(yuǎn)程控制狀態(tài)，在PCIN軟件中載入加工程序，執(zhí)行機(jī)床的循環(huán)啟動即可。

四、小結(jié)

運(yùn)用本章所闡述的工藝方法可以保證零件尺寸滿足設(shè)計要求，加工工藝順序合理。所制作的專用自制刀具加工出的U型槽壁厚、3mm環(huán)形槽、加強(qiáng)筋以及與金屬膜配合的圓弧尺寸精度均合格，表面粗糙度滿足要求，于此同時減少了參與該零件加工的設(shè)備數(shù)量及操作人員，縮短了加工周期，大大降低了該異形支撐環(huán)的生產(chǎn)成本，起到了降本增效的作用，同時為該類型零件的加工奠定了堅實基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

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