提高鋁合金薄板類零件幾何精度的工藝

□ 蘇文瑛 □ 孟凡凈 □ 夏升旺 □ 陶海龍

1.河南工學(xué)院 機(jī)械工程學(xué)院 河南新鄉(xiāng) 4530032.中國電子科技集團(tuán)公司第二十二研究所 河南新鄉(xiāng) 453003

1 薄板類零件概述

薄板類零件質(zhì)量輕,結(jié)構(gòu)緊湊,軸向尺寸較小,徑向尺寸偏大,裝夾基面小,強(qiáng)度低,在加工中容易變形,加工質(zhì)量不易保證。對(duì)此,加工工藝設(shè)計(jì)和夾具設(shè)計(jì)是薄板類零件加工的關(guān)鍵。

熱像儀壓板零件材料為鋁合金,是一種薄板類零件,尺寸公差、幾何公差精度要求較高。采用傳統(tǒng)方法加工,零件會(huì)因受外力作用而變形,加工后幾何精度達(dá)不到要求。為解決這一問題,通過反復(fù)試驗(yàn)改進(jìn)加工方法,采用膠粘合固定工藝,制作專用工裝,改變受力方向,使加工過程中零件所受外力影響大大減輕,加工后零件尺寸滿足要求。筆者以此為例,介紹提高鋁合金薄板類零件幾何精度的工藝。

2 零件變形原因

通常而言,引起薄板類零件變形的原因包括彈性變形、塑性變形、熱變形、殘余應(yīng)力變形。薄板類零件裝夾和加工時(shí),受到夾緊力和沖擊力的雙重作用。這些外力作用雖然在薄板類零件所能承受的范圍內(nèi),但是卻破壞了薄板類零件的內(nèi)部應(yīng)力平衡。當(dāng)這些外力超出薄板類零件所能承受的彈性極限時(shí),將會(huì)使薄板類零件產(chǎn)生加工變形。

3 零件特征

熱像儀壓板零件結(jié)構(gòu)如圖1所示。這一零件采用鋁合金材料,外廓尺寸為130 mm×102 mm。零件厚度不均勻,最小厚度為6 mm。零件平面度要求為不大于0.03 mm,平行度要求為不大于0.04 mm,表面粗糙度Ra要求為不大于3.2 μm。

4 零件加工難點(diǎn)

熱像儀壓板零件在加工中存在三方面難點(diǎn)。

(1) 當(dāng)零件壁厚或板厚與輪廓尺寸或內(nèi)徑曲率半徑之比小于1∶20時(shí),零件稱為薄板類零件。熱像儀壓板零件板厚與輪廓尺寸之比達(dá)為1∶21.4,屬于薄板類零件。零件剛性較低,在加工中容易受到夾緊力和沖擊力的影響,產(chǎn)生變形。

(2) 熱像儀壓板零件采用鋁合金材料,切削加工質(zhì)量要求非常高。在化學(xué)性質(zhì)較為活躍的前提下,一些元素不斷發(fā)生還原反應(yīng),切削加工時(shí)容易出現(xiàn)積屑瘤,破壞已加工表面的尺寸精度和表面粗糙度,導(dǎo)致加工表面精度較低。

(3) 熱像儀壓板零件加工精度要求高,尺寸公差、平面度公差、平行度公差要求比較嚴(yán)格。

5 原加工方法

對(duì)于熱像儀壓板零件,原加工方法為采用虎鉗在零件兩端施加作用力夾緊,采用數(shù)控銑床銑削加工。加工后,零件達(dá)不到圖紙?jiān)O(shè)計(jì)的要求,檢驗(yàn)不合格。

采用虎鉗直接裝夾零件,零件受夾緊力作用,內(nèi)部應(yīng)力分布不均。在銑削時(shí)產(chǎn)生的切削力和熱應(yīng)力作用使零件產(chǎn)生變形與熱膨脹,使零件的厚度不均勻,特別是中心部位因銑削而更薄,加工的尺寸精度和表面粗糙度達(dá)不到圖紙?jiān)O(shè)計(jì)精度要求。另一方面,使用虎鉗夾緊時(shí),夾緊部位的厚度有限制,零件不能太厚,使需要加工整個(gè)厚度平面的零件和外形四周有臺(tái)階的零件的加工受到限制。松開鉗口取下零件時(shí),外力限制消失,加工時(shí)積聚的內(nèi)應(yīng)力釋放,導(dǎo)致零件產(chǎn)生較大的不規(guī)則變形,進(jìn)而使零件出現(xiàn)翹曲現(xiàn)象。

6 改進(jìn)工藝

熱像儀壓板零件由于結(jié)構(gòu)特點(diǎn),導(dǎo)致自身剛性低,極易在裝夾的作用下產(chǎn)生裝夾變形,加工質(zhì)量難以保證。為控制零件變形,根據(jù)零件制作兩種專用工裝,分別為工裝一和工裝二。將零件用雙面膠帶粘接在工裝一上,如圖2所示。用虎鉗夾緊工裝,這樣零件不受虎鉗夾緊力影響。固定后,在數(shù)控機(jī)床上加工零件的第一面。由于粘接零件時(shí)需要幾分鐘時(shí)間使雙面膠充分粘合牢固,因此加工時(shí)準(zhǔn)備兩塊工裝一,加工和粘接交替進(jìn)行,不用等待,提高了加工效率。零件和工裝一粘接比較牢固,為方便加工完成后拆卸零件,在工裝一上制四個(gè)頂絲孔,如圖3所示。拆卸零件時(shí),分別旋擰四個(gè)螺釘,借助螺釘?shù)耐屏⒘慵∠?然后用有機(jī)溶劑將零件和工裝一清洗干凈。

將壓釘穿過零件的U形槽,固定在工裝二上,如圖4所示。固定后,加工零件的第二面。先加工零件的6×φ5.2 mm孔。在加工過程中,采用較小的吃刀深度和寬度,用較小半徑的刀具加工,以防零件受力過大產(chǎn)生移動(dòng)。φ5.2 mm孔加工完成后,通過φ5.2 mm孔將M5螺釘緊固至工裝二上,并且螺釘高度低于孔深,如圖5所示。然后去除U形槽內(nèi)的壓釘,加工零件其余部分。

加工完成后,對(duì)零件的平面度和平行度進(jìn)行測(cè)量。采用三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x測(cè)量零件上下表面的平面度,平面度誤差均為0.02 mm,滿足圖紙?jiān)O(shè)計(jì)要求。測(cè)量平行度時(shí),將零件的基準(zhǔn)表面放在平板上,將百分表放在導(dǎo)軌上,在被測(cè)表面上多方向移動(dòng)百分表支架進(jìn)行測(cè)量。選取九個(gè)測(cè)量點(diǎn),測(cè)量指示表最大讀數(shù)與最小讀數(shù)之差為平行度誤差。經(jīng)測(cè)量,平行度誤差為0.035 mm,滿足圖紙?jiān)O(shè)計(jì)要求。由此可見,與原工藝相比,改進(jìn)工藝大大提高了零件的幾何精度。

7 結(jié)束語

鋁合金薄板類零件加工時(shí)易產(chǎn)生變形,導(dǎo)致加工后幾何精度達(dá)不到要求,廢品增多,成本增加。通過制作專用工裝,采用膠粘合固定,使零件受力減小。螺釘在零件上均勻分布,使零件受力平衡。加工完成后,測(cè)量零件平面度和平行度,均滿足圖紙?jiān)O(shè)計(jì)要求,零件的幾何精度大大提高。提高鋁合金薄板類零件幾何精度的工藝為類似零件的加工積累了寶貴經(jīng)驗(yàn)。