薄壁零件數(shù)控加工工藝質(zhì)量的改進(jìn)方法

李顯政

中國航發(fā)哈爾濱東安發(fā)動機(jī)有限公司 黑龍江哈爾濱 150000

薄壁類零件的加工變形主要原因是零件剛性弱，在切削力和夾緊力的作用下易發(fā)生變形。從實(shí)際加工情況來看，薄壁零件加工受到裝夾方式、走刀路線、切削參數(shù)、刀具剛性等各種因素的影響。為了保證加工質(zhì)量，要結(jié)合零件結(jié)構(gòu)和材料的具體特點(diǎn)提出科學(xué)的工藝方法。還應(yīng)加強(qiáng)薄壁零件數(shù)控加工方法及工藝改進(jìn)研究，從而通過優(yōu)化工藝嚴(yán)控加工精度[1].

1 數(shù)控加工薄壁零件的加工方法分析

1.1 加工流程分析

薄壁零件具有剛性差的特點(diǎn)，加工過程中容易發(fā)生變形，需要通過改進(jìn)工藝保證加工質(zhì)量。相較于傳統(tǒng)加工工藝，采用數(shù)控技術(shù)進(jìn)行薄壁零件加工，通過科學(xué)設(shè)計(jì)加工流程能夠使加工誤差有效降低，從而使零件生產(chǎn)質(zhì)量得到保證。從現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床加工的工作流程角度來看，可以將其大致劃分為完成粗加工、半精加工、精加工三個主要步驟。對零件進(jìn)行粗加工，如加工薄壁套等零件，通常采用粗銑或粗車外圓等工藝方法，參數(shù)上可以采用大切深，大進(jìn)給，以提高加工效率為主要目標(biāo)，零件表面的粗糙度可以降低。在完成零件初步加工后，可以進(jìn)行半精加工，處理薄壁零件次要表面，使其精度達(dá)到加工要求。對多余部分進(jìn)行去除，能夠使薄壁零件加工質(zhì)量得到提升。在精加工階段，由于所有尺寸都要加工至最終的設(shè)計(jì)尺寸，應(yīng)當(dāng)在加工中投入更多的關(guān)注。薄壁零件通常擁有復(fù)雜結(jié)構(gòu)，在數(shù)控加工中將面臨變形控制的難題。因此，在數(shù)控編程前，需要充分考慮零件的結(jié)構(gòu)和已有的加工經(jīng)驗(yàn)，提出科學(xué)的加工方案，使變形量得到有效控制。

1.2 零件裝夾

對零部件進(jìn)行車削加工，需要注意保證其裝夾緊湊、懸伸較短，因?yàn)榧庸r(shí)夾具和零件會隨著機(jī)械主軸旋轉(zhuǎn)，加強(qiáng)對重心的控制而使其緊靠在主軸的頂端，才可以使得慣性力矩得到有效地控制，避免機(jī)械回轉(zhuǎn)時(shí)的力矩過大，使得加工精度得到提升。但也不能單純?yōu)榱丝s短懸伸而忽略了零件自身的加工要求，至少應(yīng)當(dāng)確保其伸長度能與刀具和設(shè)備匹配，不至于造成加工干涉的情況。此外，必須確保零件裝夾的強(qiáng)度，既能夠避免出現(xiàn)脫夾、又能避免夾緊力過大造成的裝夾損壞等問題[2]。

2 數(shù)控加工薄壁零件的加工工藝改進(jìn)

2.1 工藝問題分析

薄壁類零件的變形原因包含多個方面。首先，在毛坯的鑄造，鍛造階段，零件經(jīng)過高溫?zé)崽幚硪桩a(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，在后續(xù)的機(jī)加過程中，隨著應(yīng)力逐漸釋放，零件幾何尺寸及其形狀精度將大大受到影響。第二，在壁厚不斷降低的過程中，零件的剛性有所降低，易引發(fā)切削振動。這不僅會直接造成一些零件尺寸超差，嚴(yán)重的也可能導(dǎo)致一些零件表面的粗糙度極差，甚至出現(xiàn)明顯的刀痕。

2.2 工藝改進(jìn)措施

（1）方案改進(jìn)。考慮到應(yīng)力釋放的問題，需要合理劃分加工階段。即先對零件進(jìn)行粗加工，使得內(nèi)部的應(yīng)力釋放；然后進(jìn)行熱處理工序，采取退火等方式消除應(yīng)力后，可以進(jìn)行精加工。在這個過程中，要充分參考以往經(jīng)驗(yàn)，既要盡可能多地去除加工余量，又要避免應(yīng)力釋放過程中，零件變形量過大，導(dǎo)致后續(xù)的加工余量不足?？傊?，在精加工階段，需要做好余量安排，避免因余量過多造成新的加工應(yīng)力產(chǎn)生，同時(shí)避免余量過少造成變形無法修正。

（2）加工方法改進(jìn)。為了保證零件的加工質(zhì)量穩(wěn)定，還要選用專業(yè)的機(jī)夾型刀具對零件進(jìn)行加工，保證機(jī)夾型刀具的剛性、穩(wěn)定性、強(qiáng)度等均能達(dá)到要求，并且機(jī)夾型刀具的材料和所需要的加工機(jī)械參數(shù)相互適應(yīng)。以銑削加工為例，在刀具選擇上，需要提高刀桿剛性，以免零件表面受刀桿振動的影響造成表面質(zhì)量下降。刀桿可以配置阻尼模塊，對刀柄彎曲變形振動進(jìn)行吸收，使零件加工保持穩(wěn)定。在對切削參數(shù)選擇上，需要按照毛坯的硬度、刀具原材料、銑床精度、零部件直徑進(jìn)行相應(yīng)的切削量匹配。在背吃刀量增加的情況下，切削力也將增加，使零件產(chǎn)生更多的變形。所以不妨減小背吃刀量，同時(shí)使進(jìn)給量有所增加，達(dá)到減小切削力的目標(biāo)。用這種方法，雖然每次刀具的金屬切除量減少，但由于進(jìn)給速度的提高，不會對加工效率產(chǎn)生特別大的影響，同時(shí)避免了造成零件產(chǎn)生較大變形。在高速精銑過程中，應(yīng)該保持穩(wěn)定的切削速度，即要避免切削速度的突然變化，目的是使其變形被有效地控制。在鏜孔過程中，注意刀具幾何角度的選取，采用稍大后角可以減小后刀面與零件表面的摩擦，降低切削力。做好斷屑槽選擇，這有利于切屑的折斷，避免形成過長的切屑。采用負(fù)刀傾角能夠使切屑順利排出，避免切屑劃傷已加工表面。此外，應(yīng)盡量選擇乳化液作為冷卻潤滑液，在減小切削力的同時(shí)還能降低切削溫度，增強(qiáng)刀具耐用度[3]。

3 結(jié)語

綜上所述，從改進(jìn)的角度來看，控制薄壁類零件加工變形的方法大概包括合理劃分加工階段，安排消除應(yīng)力等熱處理工序，并控制加工余量；合理選擇零件的裝夾方式，在保證不損傷零件的前提下，提高其剛性；合理選擇刀具和加工參數(shù)，減小切削力帶來的加工變形。綜合采用以上方法，可以解決振紋、變形等問題，達(dá)到設(shè)計(jì)的要求。目前還出現(xiàn)了采用數(shù)控加工仿真分析軟件，通過分析和預(yù)測加工變形實(shí)現(xiàn)工藝方案的改進(jìn)，但還沒有廣泛使用[4]。