鑄鋁硅合金殼體零件加工工藝及夾具設(shè)計(jì)

王 帥

（河南省平高東芝（河南）開關(guān)零部件制造有限公司，河南 平頂山 467000）

國內(nèi)對(duì)鑄造鋁合金大型殼體的加工設(shè)備大部分是數(shù)控鏜銑床配合鉆床等進(jìn)行加工，根據(jù)產(chǎn)品對(duì)空間尺寸的要求，一般要經(jīng)過多次裝夾定位加工，裝夾定位困難，尺寸精度難以保證，不合格率居高不下，加工周期長。小部分企業(yè)使用臥式加工中心進(jìn)行加工。臥式加工中心適合加工箱體類的零件，在臥式加工中心上進(jìn)行加工，更容易保證尺寸精度，工序也相對(duì)集中，加工效率高質(zhì)量穩(wěn)定。

1 零件分析

（1）殼體803產(chǎn)品（圖1）分析，橫向放置外形尺寸超出MAZAK臥式加工中心行程，產(chǎn)品豎向放置則不會(huì)超出MAZAK設(shè)備加工行程。從圖紙可以了解到材料為ZL101A鑄鋁硅合金，特點(diǎn)是：硬度較小，導(dǎo)熱性好，適于高速切削。該零件尺寸精度、形位公差精度和表面粗糙度要求均較高，特別是加工面較多，橫向兩個(gè)法蘭和軸向散布六個(gè)面，共有八個(gè)面需要加工。

圖1 殼體803產(chǎn)品示意圖

（2）鋁合金熔點(diǎn)低，在切削加工中容易形成積屑瘤，使倍加工零件的尺寸精度和表面粗糙度受到影響，因此加工鋁合金的刀具刃需要盡可能的鋒利、耐磨。

（3）斷路器殼體端面設(shè)計(jì)有密封槽、密封面等，要求加工后達(dá)到較高的光潔度；材料中含有硅，硬度相比普通鋁合金高。

（4）鋁合金的熱膨脹系數(shù)大，粗加工時(shí)產(chǎn)生熱量高，精加工時(shí)產(chǎn)生熱量小，合理安排工藝。

2 數(shù)控加工工藝路線的設(shè)計(jì)

（1）“基準(zhǔn)先行”，充分理解圖紙后，先加工出基準(zhǔn)面，為后續(xù)工序作可靠的定位。

（2）“先面后孔”，殼體的法蘭端面基本為環(huán)形，可以用來作為定位基準(zhǔn)，與設(shè)備工作或底座接觸面大，便于定位裝夾；先加工平面，法蘭厚度變薄，外圓余量減少，進(jìn)而減少外圓加工時(shí)對(duì)刀具刃長的要求。

（3）“先主后次”原則，斷路器殼體零件圖紙中，需要注意相關(guān)聯(lián)尺寸，這些部位存在裝配關(guān)系，涉及到后期內(nèi)裝件的位置關(guān)系。在加工時(shí)先找主要部位加工，再加工次要部位，減少精度累計(jì)誤差導(dǎo)致的不良。

（4）“先粗后精”原則，端面有密封槽或密封面，對(duì)加工質(zhì)量要求高，需要分粗加工、半精加工、精加工。對(duì)于剛性不足的部位需要格外注意。

（5）裝夾剛性影響切削條件，剛性越差，切削震動(dòng)越大，殼體自身并非實(shí)心，切削噪音與震動(dòng)更大。

3 殼體加工裝夾與定位的選擇

裝夾=定位+固定。

（1）定位：使殼體定位，準(zhǔn)確固定在機(jī)床或夾具的相應(yīng)位置。

（2）固定：工件定位后將其固定，在加工過程中不產(chǎn)生位移，保證零件與機(jī)床主軸的相對(duì)位置關(guān)系。

（3）裝夾：工件從定位到固定的全過程。裝夾工件時(shí)，一般是先定位后固定。需考慮裝夾操作人的勞動(dòng)強(qiáng)度及便利性。

殼體定位基準(zhǔn)的選擇，需充分理解圖紙，找出基準(zhǔn)平面，盡量以基準(zhǔn)平面為底座進(jìn)行加工，斷路器殼體法蘭基本形狀為環(huán)形平面加通孔，一般采用一面?zhèn)z定位銷定位。加工過程應(yīng)盡可能的減少裝夾次數(shù)。

4 工藝規(guī)劃

（1）圖紙中B法蘭為基準(zhǔn)面，A法蘭到B法蘭的總長公差為±0.5。A法蘭面和B法蘭面基準(zhǔn)面使用鏜銑床進(jìn)行加工，其余軸向散布部位使用MAZAK臥式加工中心進(jìn)行加工，分為兩工序加工完成。

（2）使用三維軟件，繪制三維模型，設(shè)計(jì)配套裝夾工裝模型及圖紙，將產(chǎn)品模型與裝夾工裝進(jìn)行模擬裝配，然后使用刀具模擬加工，在首件加工前，排查出工裝、刀具的干涉、刀長等問題。

（3）在鏜銑床上完成一工序加工后，將產(chǎn)品B法蘭作為精基準(zhǔn)面，孔不僅有很高的尺寸精度要求，同時(shí)還有很高的形位公差要求。為了保證產(chǎn)品圖紙要求，二工序須用B法蘭上的螺紋孔進(jìn)行定位，即一面兩孔定位方式，壓板壓緊，確定裝夾方案（圖2）。制作工裝如下：螺紋定位銷、定位板、壓裝板、螺桿。其中螺紋定位銷擰入B法蘭兩個(gè)對(duì)稱螺紋孔確保安裝定位準(zhǔn)確，定位板與設(shè)備托盤相連接，確定相對(duì)位置關(guān)系。使用壓裝板與螺桿完成壓緊。

圖2 鑄鋁硅合金殼體零件的裝夾圖

5 加工方法及刀具改進(jìn)

（1）進(jìn)口MAZAK臥式加工中心主軸轉(zhuǎn)速可達(dá)10000r/min，轉(zhuǎn)速高但扭矩相對(duì)??；傳統(tǒng)的鏜銑加工中心的主軸轉(zhuǎn)速在2000r/min，轉(zhuǎn)速較低但扭矩大；所以在臥式加工中心上加工剛性較差的零件時(shí)，不適用重切削，應(yīng)改為少吃刀量高速走刀的方式加工，即降低震動(dòng)又可提高加工效率的，同時(shí)降低裝夾剛性對(duì)加工的影響。

（2）按照先面后孔、先主后次、先粗后精的原則，編制加工程序。

（3）鑄造的殼體毛坯存在不可預(yù)測的變形情況，且有八個(gè)不同角度的平面需要加工的前提下，如何保證各平面部位的加工余量很關(guān)鍵，正式加工前，編輯試切削程序，保有加工余量的前提下，對(duì)803殼體的待加工部位的理論中心點(diǎn)進(jìn)行點(diǎn)鉆加工后，測量加工中心與毛坯中心是否存在偏心情況，對(duì)各待加工部位的加工余量進(jìn)行綜合分析，確保后續(xù)加工有足夠的余量后再正式開始加工，可提高加工合格率。

（4）基于鋁合金材料的特性，適合刀尖鋒利的刀具，但鋒利的刀具較容易磨損，造成加工成本上升。經(jīng)過學(xué)習(xí)最新刀具知識(shí)加上反復(fù)測試，發(fā)現(xiàn)DLC涂層和PCD刀具非常適合鑄鋁硅合金的加工，相比硬質(zhì)合金刀片，它更適合高速切削與加工，且有更高的使用壽命，使用PCD刀片精加工后的表面質(zhì)量進(jìn)一步提升，基本看不出加工痕跡。綜合考慮，在粗加工時(shí)使用刀尖角R0.8的硬質(zhì)合金刀片，精加工時(shí)使用刀尖角R0.2以下的PCD刀片。

6 結(jié)語

實(shí)踐發(fā)現(xiàn)：三維模擬軟件的運(yùn)用，可以實(shí)現(xiàn)在沒有毛坯的情況下完成工裝設(shè)計(jì)、制作，直觀發(fā)現(xiàn)刀具的干涉情況，大大縮短了前期準(zhǔn)備周期；通過新刀具材料和新加工方法的運(yùn)用，使得加工時(shí)轉(zhuǎn)速及進(jìn)給大幅提高，加工效率實(shí)現(xiàn)翻倍提升。在殼體零件的加工過程中，合理的安排加工工藝，制定合適的裝夾方案，改進(jìn)加工刀具，可充分發(fā)揮了數(shù)控加工中心的性能，降低企業(yè)成本，實(shí)現(xiàn)殼體的高質(zhì)量、高效率、低成本的加工。