零件机械加工工艺探讨

1引言

随着现代先进制造技术的高速发展，薄壁零件能够具有高强度、重量轻、高承载性等特点，在汽车、国防等工业领域得到了越来越广泛的应用。特别是在要求降低自身重量又不失强度、刚度的航空航天工业中得到很好的应用[1，2]。

2零件工艺分析

图1为某壳体的局部腔体结构示意图，该零件采用铝合金2A12整体加工而成，外形尺寸102mm×170mm×250mm，六面均要加工，且需要多次装夹，加工完后重量约为1190g，材料去除率高达90%。该零件腔体最深处为95mm，中间筋2mm，四周壁最薄处达2mm，底部为5mm×94mm×80mm的凸面，凸面周边为异型减重腔，底部凸面的加工精度要求是平面度为0.012、腔内4根筋的平面度为0.025及两腔壁平面的平行度为0.04。零件加工后的尺寸相差较大，整体刚度较差，加工时极易产生振动，故该零件在铣削过程中或者铣削后都会产生较大的变形误差，从而会导致零件的形位公差等难以达到要求。要保证该零件的加工精度，关键是控制零件在加工过程中由于各类应力（切削力和切削热产生的应力、装夹产生的应力以及毛坯的残余应力等）引起的变形。

3工艺流程

从加工工艺角度出发，合理安排加工工序、加工位置、余量分配、加工路径等，能减小整体结构件的加工变形[3]。根据上述分析，加工工艺流程确定如下：备料→粗铣外形及内腔→去应力退火→精铣外形→数控铣半精加工→铣削缺口→钳工→数控铣精加工→钳工→研磨→三坐标测量。该零件工艺流程主要控制点在数控铣工艺。为保证加工质量及精度：（1）安排粗、精加工及钳工矫形；（2）先加工内腔，再加工外形，以利于提高刚度，防止振动；（3）合理安排热处理，以提高尺寸稳定性；（4）零件底部凸面设计工艺加强筋，以提高零件的装夹刚度；（5）采用小直径铣刀加工，以减小切削力。

4加工工艺措施

4.1装夹方式的改进。室温下，2A12合金的弹性模量约为70MPa，约为钢的1/3，在装夹力的作用下零件会发生变形，切削过程中易出现“过切”或“欠切”现象；而该壳体结构复杂、自身刚度差，也易引起装夹变形。该壳体装夹时利用平口钳，因零件底面为5mm×94mm×80mm小凸台，在底面周边增加工艺加强筋，钳口夹紧零件的实体位置，以便提高零件整体的刚性。在做最后一次的加工之前，应松开被夹紧的零件，重新分布内应力，再夹紧，最后进行精加工；夹紧力也不要过大，应在确保切削力不能够使零件产生位移的基础上，采用的夹紧力要尽量小。4.2刀具材料及切削参数选择。切削刀具材料应耐磨，抗冲击能力好，硬度高，能适应在更高的切削速度下工作。因此，刀具材料采用带有PVD镀层的整体硬质合金立铣刀。精加工时采用“小切深，快走刀”的切削方式，使刀具在高速旋转时，利用铣削中产生的高温（600～1000℃），使工件加工表面软化[4]，切屑成碎屑状，切削力迅速下降，加工变得很轻快；同时切削热在第一时间被碎屑迅速带走，使工件表面基本保持在室温状态，从而减小因切削而导致的零件变形。此外，根据刀具形状及切削条件，优化、调整切削工艺参数的大小可以调整动态切削力大小并控制切削状态，使因切削力影响造成薄壁零件的加工变形量能满足公差要求，并使加工状态始终处于稳定，从而降低切削振动造成的变形。4.3进刀方式和走刀路线。合适的进刀方式，能有效降低加工变形。加工深腔时，选择铣刀从零件腔体的中间位置下刀，在深度方向铣到加工要求的尺寸，然后一次走刀由中间向四周侧壁延伸，按此方法分多层加工。本文对侧壁进刀方式进行改进，由螺旋线进刀方式替代垂直进刀方式。采用优化后的螺旋线方式进刀，零件的加工面在铣削时受力没有明显的变化，从而有效降低了切削变形；并且零件与刀具的相互作用力变小，不易引起零件的弹性变形，从而减小了切削振动的发生，显著提高了零件的表面加工质量。走刀路线反映了工序的加工过程，确定合理的走刀路线是保证铣削加工精度和表面质量的重要工艺措施之一[5]，也是确定数控编程的前提。

本文选用加工软件CimatronE建立制造数据库；设置机床、夹具、刀具和地址参数等项目；演示刀路轨迹并生成CL数据，以便查看和修改，生成满意的刀具路径；最后生成数控加工NC代码。5结语薄壁腔体类零件的加工精度在机械制造业中占有很重要的地位，在机械加工过程中，变形的产生几乎是不可避免的，应该在实践中了解并掌握切削变形的规律，采取有效措施，控制零件的加工变形，使加工过程始终处于一个良好的状态，确保零件的表面质量和加工精度。

【参考文献】

【1】石广丰,王景梅,宋林森,等.薄壁零件的制造工艺研究现状[J].长春理工大学学报,2012,35(1):68-72.

【2】艾兴．高速切削加工技术[M].北京:国防工业出版社,2003.

【3】赵如福.金属机械加工工艺人员手册[K].上海:上海科学技术出版社,1979.

【4】郑英华,何华妹.CimatronE8.0数控编程加工入门一点通[M].北京:清华大学出版社,2007.

【5】田春霞.数控铣削刀具路径的规划[J].工艺与装备,2008(11):72-75.

作者:张慧 刘国文 单位:中国电子科技集团公司第二十七研究所