芻議復(fù)雜薄壁異形零件數(shù)控加工工藝特征與要點(diǎn)

摘要：工業(yè)領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展和現(xiàn)代制造業(yè)的需求，使得薄壁異形零件的加工數(shù)量、使用需求也在不斷提升。本文主要從當(dāng)前制造業(yè)、工業(yè)領(lǐng)域的生產(chǎn)加工背景為基礎(chǔ)，探究薄壁異形零件的數(shù)控加工方法和要點(diǎn)，首先在明確薄壁異形零件特點(diǎn)概念的基礎(chǔ)上，分析在生產(chǎn)加工的過程中，影響其效率和質(zhì)量的因素，并提出利用板壓裝夾技術(shù)、消減打磨等技術(shù)來進(jìn)行改進(jìn)優(yōu)化，不斷深化了解此類零件的數(shù)控加工辦法以及工藝特點(diǎn)等，進(jìn)而來不斷完善行業(yè)人員的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和注意事項(xiàng)。

關(guān)鍵詞：薄壁異形零件;數(shù)控加工;方法;特點(diǎn)

引言：

國(guó)內(nèi)工業(yè)制造業(yè)的發(fā)展，機(jī)械零部件的制作工藝要求也越來越高，技術(shù)也向著精細(xì)化的方向發(fā)展。零部件加工處理辦法的日漸成熟，如當(dāng)前的航空航天設(shè)備儀器、醫(yī)療設(shè)備、車輛設(shè)備等，可能都會(huì)涉及到薄壁異形零件的使用和加工。但是由于這些零件的性質(zhì)特點(diǎn)，結(jié)構(gòu)剛性問題、零件不規(guī)則、曲面多等都是需要克服的加工難點(diǎn)。所以對(duì)于相關(guān)企業(yè)、技術(shù)人員需要不斷的深化加工工藝，完善生產(chǎn)措施，才能進(jìn)一步保證零件的質(zhì)量和應(yīng)用需求。

1、薄壁異形零件的加工難點(diǎn)

薄壁異形零件與常見的零件有很大不同，一般會(huì)與常規(guī)的零件外形有較大的差別，而且零件的直徑常常也會(huì)薄于常規(guī)的零件，基本都是使用在特殊的機(jī)械設(shè)備當(dāng)中。這類零件的直徑一般都會(huì)在0.3mm--1mm不等，厚度也往往在1mm以內(nèi)，所以制造加工的要求要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于常規(guī)的零件。所以說，這類的零件常常都是投入到高精尖的電子設(shè)備儀器當(dāng)中，但是由于零件本身的規(guī)格特性，導(dǎo)致其較為脆弱，在加工的過程中，常常會(huì)出現(xiàn)破損、變形，提高了生產(chǎn)成本。

工業(yè)、制造業(yè)企業(yè)的日常生產(chǎn)工作中，可能會(huì)常常遇到壁厚在0.3mm、0.5mm等程度的零件，同時(shí)要求的規(guī)格長(zhǎng)度在120mm到200mm的薄壁異形零件。這類零件的技術(shù)指標(biāo)要求表面光滑、角度精確、尺寸大小也要控制在極小的范圍內(nèi)。形狀不規(guī)則、壁薄、空間尺寸較大、材料的去除量多。而針對(duì)此類零件的加工過程，往往會(huì)出現(xiàn)不可避免的熱變形、切削震動(dòng)、加工后殘余應(yīng)力的重新分布等因素都會(huì)影響零件的外形發(fā)生變化[1]。所以針對(duì)這類零件的制造和加工，就需要完善相關(guān)的技術(shù)措施。

2、異形薄壁零件的制作加工

加工此類零件時(shí)，需要重點(diǎn)考慮到以下要素：1）考慮零件的原材料和其中的構(gòu)造。如果零件的材質(zhì)不適合使用高溫或者是高壓來鍛造，那么如果加工過程中將其放入到鍛造箱之后，就可能會(huì)發(fā)生較大的變形、損壞，這就屬于殘次品。所以在加工的過程中，需要嚴(yán)格控制加工方法，詳細(xì)區(qū)分零件物理性質(zhì)、加工的適應(yīng)度來進(jìn)行處理，否則容易造成不必要的浪費(fèi);2）加工中零件所受到的作用力是否均勻。在某些鍛造過程中，可能會(huì)將零件消減成體積很小的一塊，所以在開展削減零件的過程中，就需要技術(shù)人員良好把控受力均勻這一加工要點(diǎn)。否則加工中受力不均勻，可能會(huì)導(dǎo)致零件的邊角發(fā)生翹起、曲折等問題;3）零件加工時(shí)選擇的材料、結(jié)構(gòu)等會(huì)對(duì)加工過程產(chǎn)生一定的影響，也會(huì)影響到零件的最終質(zhì)量。比如殘余應(yīng)力會(huì)對(duì)零件加工質(zhì)量產(chǎn)生影響，在加工前，零件內(nèi)部存留的殘余應(yīng)力已經(jīng)維持在平衡狀態(tài)，當(dāng)切割等外部作用力加入時(shí)，就會(huì)打破原先的平衡狀態(tài)，所以只能通過形變的方式來維持新的平衡點(diǎn)要素。這也是對(duì)加工工藝方法的考驗(yàn)，選擇適當(dāng)?shù)募庸し椒?，可以在一定程度上降低零件的變形效率，剔除其中的殘余?yīng)力。

2.1 數(shù)控加工方式的選擇

零件的加工過程中，需要技術(shù)人員對(duì)零件的加工路徑進(jìn)行相應(yīng)的控制。不同的加工路徑的選擇會(huì)直接影響到零件的形變和最終的成品效果。還需要對(duì)加工過程中，強(qiáng)化對(duì)切削量的控制。如果在切削過程中，發(fā)現(xiàn)切削的用量較小，就需要根據(jù)小切深和高進(jìn)給足夠的速度。同時(shí)加工中，還需要計(jì)算好適當(dāng)?shù)那懈畲螖?shù)，走刀方法和數(shù)量等。在切削的過程中要保證切削速度的均衡，保證切割所使用的辦法可以有效抵消其中的切削力和產(chǎn)生的熱量。利用高速切割的方法所產(chǎn)生的切削力較小，所以零件發(fā)生的熱變形較小，可以最大化的保證加工后零件的精度和質(zhì)量。工作人員在加工的過程當(dāng)中，可以以UG環(huán)境為基礎(chǔ)，使用Vreicut軟件來對(duì)零件進(jìn)行仿真模擬，然后進(jìn)行規(guī)格檢測(cè)并選擇適當(dāng)?shù)膮?shù)[2];當(dāng)然在設(shè)計(jì)的過程中，還需要考慮到工裝和夾具的合理性。首先通過設(shè)計(jì)方案和軟件模擬來進(jìn)行綜合分析，使用定位元件來控制元件在加工時(shí)的位移，確保加工時(shí)的穩(wěn)定性，保證切割刀具的順利施工。

3. 應(yīng)對(duì)加工中常見技術(shù)問題的措施

3.1 確定適合的加工工藝方法

比如在以7075型的鋁合金加工為例，可以嘗試使用以下的加工流程：從選料到銑、數(shù)控銑、熱處理、數(shù)控銑，然后在經(jīng)過一輪的熱處理、數(shù)控銑、熱處理、鉗，最后進(jìn)行表面處理。而為了有效的減少加工中出現(xiàn)的殘余應(yīng)力，需要就需要在加工流程中，安排數(shù)控銑三次。

3.2 加工過程中刀具、銑削工藝

在選擇數(shù)控刀具時(shí)，還需要注意以下問題：首先使用的平頭銑刀一般對(duì)于表面的加工質(zhì)量效果較好，切削的效率高。在保證不過切的同時(shí)，對(duì)于自由曲面的粗加工和進(jìn)行半精加工的階段，就應(yīng)該確定先使用平頭銑刀;第二，在使用球頭銑刀時(shí)，由于其使用特點(diǎn)是加工過程中，端部的切削速度為零，所以在切削的過程當(dāng)中，往往會(huì)使得切削的行距變得很密。所以為了保證加工的精準(zhǔn)度，就需要在對(duì)自由曲面的精加工過程中使用球頭刀;第三，加工中應(yīng)該盡可能的減少所使用的刀具的數(shù)量，在情況允許下，使用一把到完成所有的加工部位和作業(yè)。

在安排銑削的次序時(shí)，還需要考慮的原則方法：首先加工中，應(yīng)該按照先面后孔、先粗后精，先住后次的原則。加工順序流程十分的重要，技術(shù)人員必須要嚴(yán)格規(guī)劃流程，防止由于流程控制不當(dāng)，導(dǎo)致加工效率和質(zhì)量降低;其次，要先精心曲面的精細(xì)加工，然后再進(jìn)行二維輪廓的精細(xì)加工[3]。

在綜合上述基本的加工原則之外，要想進(jìn)一步控制加工精度，減少問題發(fā)生率，還需要注意更多的細(xì)節(jié)：第一，在進(jìn)行到粗加工和半精加工的環(huán)節(jié)時(shí)，為了進(jìn)一步提升效率，優(yōu)化零件表面加工的質(zhì)量和切削效率，在刀具的選擇方面，可以使用硬質(zhì)的合金雙刃立式平底銑刀。而在UG軟件的相應(yīng)模塊當(dāng)中，可以使用cavity-mill的銑削方法;第二，在進(jìn)行粗加工的過程當(dāng)中，可以使用5°--10°的螺旋式進(jìn)刀方法，在保證徑向進(jìn)刀量不大于7%的刀具直徑情況下，深度進(jìn)給量最大也不能超過5%;

此外，精加工的過程中，還需要考慮到銑削方向要合理控制，不能出現(xiàn)突兀的改變;在球頭刀走刀的軌跡路徑上，要盡量避免在曲面上，出現(xiàn)沖上而下的走刀方式，也就是常說的“啃著走”的方式;光滑刀具的運(yùn)動(dòng)方式，需要刀軌中的內(nèi)外拐角都應(yīng)該加入圓角，防止由于刀具在行走的過程中，出現(xiàn)突然的轉(zhuǎn)向或者是急停，技術(shù)人員需要控制在啟動(dòng)前的加速和停止之后的減速效應(yīng)，保證其平穩(wěn)。

結(jié)語

薄壁異形零件如果生產(chǎn)批量大，企業(yè)可以有效利用鑄件、鍛件以及粉末冶金等成形的方法，這樣就可以有效降低零件在加工制造過程中的成本效益。不過這樣會(huì)導(dǎo)致在前期的過程中，需要花費(fèi)大量的精力和成本來投入到模具的制造當(dāng)中，而且由于模具的試制周期一般較長(zhǎng)，所以需要企業(yè)權(quán)衡利弊;如果生產(chǎn)批量較小，或者是產(chǎn)品還處于開發(fā)的階段當(dāng)中，就可以直接采用機(jī)械加工去除材料的辦法。

參考文獻(xiàn)：

[1] 孫偉. 異形薄壁零件加工工藝研究與應(yīng)用[J]. 南方農(nóng)機(jī)， 2019， v.50;No.325（09）：117-117.

[2] 羅婷， 葉鵬， 陳世平. 帶冷卻槽的薄壁異形件的加工方法研究[J]. 制造技術(shù)與機(jī)床， 2019， 000（004）：100-102.

[3] 劉潔琴. 探析機(jī)械制造工藝與機(jī)械設(shè)備加工工藝要點(diǎn)[J]. 科學(xué)與信息化， 2019， 000（016）：79，82.

作者簡(jiǎn)介：劉新凱， 男，湖南邵陽人，漢族，本科，1982年6月19日，數(shù)控加工技術(shù)。