十字型薄壁類零件數(shù)控加工工藝研究及應(yīng)用

姜愛國(guó) 安鑫

摘要：薄壁件加工難度大，容易變形廢品率較高，因此大多采用數(shù)控車削和銑削方式進(jìn)行加工;本文以加工中心加工典型的薄壁類零件為例，利用合理的加工工藝，在保證零件加工精度要求和有效地提高零件加工效率等方面進(jìn)行探討。

關(guān)鍵詞：加工中心;薄壁類;加工工藝;精度

中圖分類號(hào)：TG659? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-957X（2021）14-0115-02

0? 引言

加工中心加工零件過(guò)程中經(jīng)常碰到薄壁類零件，影響薄壁零件加工精度的因素有很多，但歸納起來(lái)主要有以下三個(gè)方面：

①受力變形。因工件壁薄，在夾緊力的作用下容易產(chǎn)生變形，從而影響工件的尺寸精度和形狀精度。②受熱變形。因工件較薄，切削熱會(huì)引起工件熱變形，使工件尺寸難于控制。③振動(dòng)變形。在切削力（特別是徑向切削力）的作用下，很容易產(chǎn)生振動(dòng)和變形，影響工件的尺寸精度、形狀、位置精度和表面粗糙度。

這類零件以模具加工中電極類居多。薄壁類零件銑削如果刀具、夾具、工藝參數(shù)、刀路等處理不好不僅容易零件變形同時(shí)也會(huì)出現(xiàn)上下壁厚不均勻等現(xiàn)象（上厚下?。砸J(rèn)真研究找到解決問(wèn)題的具體方法。

1? 零件圖分析

1.1 材料和夾具分析

本零件是典型的電極薄壁類零件，是箱體塑料模具里的加強(qiáng)筋。電極的材料一般是銅合金，銅合金比較軟，延展性能好所以也比一般金屬更容易變形，加工性能比較差。本零件如圖1所示壁厚只有1.8mm，公差也只有0.05mm，高度為18mm，寬和高之比達(dá)到了1：10。但本零件結(jié)構(gòu)上還是比較簡(jiǎn)單的，對(duì)裝夾要求也高，一般的通用夾具上就能完成，可以采用平口鉗之類的通用夾具進(jìn)行裝夾。

1.2 刀具選擇

銅合金材料硬度低，但耐磨韌性比較高，在加工過(guò)程中容易粘刀產(chǎn)生切削瘤。所以在選擇刀具需要考慮到其刀具的鋒利程度、剛性。一般我們常用的銑刀為高速鋼銑刀和硬質(zhì)合金銑刀，硬質(zhì)合金比高速鋼銑刀整體性能高很多，特別是剛性和使用壽命比高速鋼高6到80倍，線速度也要高4到7倍，更適合高速切削，對(duì)本薄壁類零件更適合。

刀具的直徑一般按照?qǐng)D紙最小內(nèi)圓弧為參照，經(jīng)量選擇刀具直徑大的銑刀進(jìn)行加工，有利于提高加工效率、增加刀具的使用壽命等。但針對(duì)薄壁類零件的精加工需要考慮刀具的直徑越大徑向的切削受力也會(huì)更大，使用需要考慮到受切削力的影響選擇刀具直徑小的進(jìn)行薄壁類零件的精加工。在保證刀具有效長(zhǎng)度的情況下本零件用的刀具為Ф4的硬質(zhì)合金大螺旋角（60°）的刀具作為本零件的最后精加工所用的刀具。

2? 加工工藝分析

加工中心對(duì)薄壁類加工工序一般遵循按薄壁頂面優(yōu)先，粗加工和精加工分開的原則，即薄壁面的加工線先粗加工再半精加工然后通過(guò)時(shí)效處理后進(jìn)行精加工。具體工序安排如下：

①薄壁頂面加工。先安排薄壁頂面加工，如果先安排薄壁側(cè)面加工再安排其頂面加工會(huì)導(dǎo)致刀具在加工頂面時(shí)受到其橫向或者徑向的切削力使加工過(guò)程中刀具和零件發(fā)震，其工件產(chǎn)生薄壁零件的變形。所以需要有為加工的材料作為支撐，這樣能有效的解決在加工薄壁類頂面的時(shí)候使工件產(chǎn)生變形的情況。具體工步為先用Ф38的面銑刀光上表面→Ф16 R2的牛鼻刀加工到31? 0/-0.1深度7的臺(tái)階面→Ф10 R2內(nèi)R銑刀（成型刀效率高，加工表面質(zhì)量好所以選擇成型刀加工R2圓弧倒角）加工R2圓弧。

②粗加工。粗加工的目的是為了提高加工效率，快速的切削掉多余材料。針對(duì)薄壁類的特殊零件粗加工留給半精加工余量要比一般產(chǎn)品大一些，防止粗加工切削時(shí)因切削速度快、背吃刀量過(guò)大造成浪刀過(guò)切等現(xiàn)象。電極類零件材料都是銅合金，表面沒(méi)有發(fā)硬的氧化皮，所以粗加工我們選擇順銑進(jìn)行加工。順銑加工比逆銑加工走刀平穩(wěn)不易發(fā)震。走刀方式也不宜采用平行走刀方式要采用環(huán)繞式走刀，環(huán)繞式走刀能有效降低刀具切削時(shí)對(duì)薄壁面直接的沖擊力，減少薄壁變形。刀具也應(yīng)該選擇有足夠剛性的，針對(duì)本零件粗加工我們選擇Ф10的硬質(zhì)合金刀具進(jìn)行粗加工（螺旋角可以選擇45°刀具，有利于粗加工排屑）。粗加工余量單邊留1mm左右。

③半精加工。一般產(chǎn)品我們加工往往會(huì)跳過(guò)半精加工，粗加工后就直接精加工處理。但薄壁類零件比較特殊，半精加工不可省略。原因是半精加工可以加工掉粗加工留下的過(guò)多余量（Ф10的刀具留下的余量還是挺大的），如果留下過(guò)多的余量精加工又要考慮變形使用直徑比較小的刀具，在直徑比較小的刀具碰到大余量時(shí)就容易崩刀。再是考慮到在加工前原材料的內(nèi)應(yīng)力相對(duì)來(lái)說(shuō)是在于一種平衡狀態(tài)，但在加工后去除了一些材料后，會(huì)打破零件本身的內(nèi)應(yīng)力的平衡狀態(tài)，這時(shí)工件需要重新達(dá)到內(nèi)應(yīng)力的平衡狀體，所以外形就發(fā)生了變化。所以一般這類對(duì)精度要求比較高薄壁類的零件在粗加工后都需要安排內(nèi)應(yīng)力的時(shí)效處理，然后進(jìn)行精加工。綜上所述半精加工我們選擇Ф6硬質(zhì)合金銑刀進(jìn)行加工，余量單邊留0.1mm左右。

④精加工。精加工是最為關(guān)鍵的一環(huán)，其走刀路線和切削用量的選擇直接決定著零件的合格率。剛切削切入時(shí)，切削力會(huì)顯著變大這時(shí)對(duì)于薄壁類零件的沖擊就很大極易產(chǎn)生變形。所以我們需要細(xì)化走刀路徑，保持刀具切入角恒定，減小刀具的徑向受力過(guò)大產(chǎn)生變形。其次切削起點(diǎn)我們一般選擇剛性比較好的區(qū)域，如圖1零件圖所示通過(guò)有限元分析中間的明顯比旁邊的剛性高十幾倍，所以我們可以選擇零件中心R角處進(jìn)行切入切出處理。走刀路線也應(yīng)該遵循順銑加工，加工用分層銑削加環(huán)繞走刀式，可以有效降低刀具對(duì)薄壁的沖擊力。切削用量也應(yīng)遵循高轉(zhuǎn)速低進(jìn)給的方式減少其變形。注意，在粗加工后精加工前需要進(jìn)行時(shí)效處理，防止內(nèi)應(yīng)力發(fā)生變化而影響精度。

具體工藝參照工藝卡片如表1所示。

3? 加工中的注意事項(xiàng)

3.1 切削液的使用

薄壁類零件在加工過(guò)程應(yīng)考慮到其熱變形因素，在加工過(guò)程中應(yīng)充分使用合適的切削液。切削液可以有冷卻、潤(rùn)滑、沖洗和防銹的作用，對(duì)于本產(chǎn)品切削液作用更加明顯，不僅有上訴這些作用還可以起到降低切削阻力的作用，對(duì)薄壁類零件作用非常大。所以我們可以根據(jù)該零件的材質(zhì)和刀具的要求，選擇合適的冷卻液，通過(guò)充分澆注冷卻液，降低切削溫度，減少工件的熱變形。切削液還能有效的輔助排屑，防止在加工硬度低的有色金屬時(shí)常出現(xiàn)的切削瘤等現(xiàn)象。在精加工過(guò)程中也要時(shí)刻關(guān)注切削液是否正常，切削液不正常時(shí)精加工中必須先暫停加工防止工件報(bào)廢。

3.2 編程控制精度研究

加工中心的精度控制一般以數(shù)控機(jī)床加工零件過(guò)程中，當(dāng)粗加工或者半精加工結(jié)束后，只要對(duì)精度誤差進(jìn)行一次修調(diào)，就可保證零件的加工精度。但我們?cè)趯?shí)際加工中由于產(chǎn)品批量大小，裝夾方式的不同，加工工藝的不同，相應(yīng)的編程方法也會(huì)有區(qū)別，需要我們靈活運(yùn)用。有時(shí)候需要考慮機(jī)床反向間隙誤差、夾具誤差、定位基準(zhǔn)誤差等綜合考慮。在銑床編程上我們保證精度在同一個(gè)工步中一般是通過(guò)修改刀補(bǔ)進(jìn)行的，所以在編程時(shí)使用尺寸數(shù)據(jù)經(jīng)量按照折中進(jìn)行編寫，有助于通過(guò)修改刀補(bǔ)的同時(shí)有效的控制本道工步中所有的尺寸。如圖1零件圖所示，編程時(shí)應(yīng)該把56mm和30mm尺寸編寫為55.95mm和29.95mm，進(jìn)行編寫。

4? 結(jié)語(yǔ)

電極類薄壁類零件只有解決變形問(wèn)題才能保證產(chǎn)品精度和質(zhì)量。通過(guò)實(shí)際加工和理論綜合分析，我們針對(duì)多個(gè)變形因素綜合考慮對(duì)其工藝進(jìn)行研究?jī)?yōu)化，提高了加工效率并獲得良好的加工精度。

參考文獻(xiàn)：

[1]杜家熙.數(shù)控加工工藝[M].機(jī)械工業(yè)出版社，2009.

[2]周文玉.數(shù)控加工編程及操作教程[M].中國(guó)輕工業(yè)出版社，2008.

[3]王森林.薄壁類零件加工變形的解決工藝方法[J].鍛壓裝備與制造技術(shù)，2014（3）.