楊 莉

(四川工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機電工程系，四川 德陽 618000)

0 引言

薄壁零件具有高強度、重量輕、高承載性等優(yōu)點，作為重要的零件廣泛應(yīng)用于機械、汽車、航空、軍工等行業(yè)。筆者研究的薄壁零件主要用于汽輪機燃燒室，是燃機的關(guān)鍵零部件。目前，薄壁零件正在向極薄化、大尺寸化和復(fù)雜化的方向發(fā)展。薄壁結(jié)構(gòu)受力形式復(fù)雜，受力分析難以按照經(jīng)典理論進行，且制造過程中極易發(fā)生變形、失穩(wěn)和振動等問題，非常不利于制造加工，是國際上公認的復(fù)雜制造工藝問題［1］。薄壁零件剛性差，在制造過程中受到夾緊力、切削力、切削熱和殘余應(yīng)力等因素的作用時極易產(chǎn)生變形，德國的B.Denkena 等人［2］首先通過實驗觀察的手段發(fā)現(xiàn)薄壁件加工過程中有熱力耦合作用產(chǎn)生的變形誤差，所以控制加工變形是保證薄壁零件數(shù)控加工質(zhì)量的關(guān)鍵。目前國內(nèi)的中小企業(yè)仍然采用傳統(tǒng)車削、銑削、磨削、拋光、壓鑄及混合加工成形等加工方法加工不同類型的薄壁件［3］。

本研究針對薄壁件加工的現(xiàn)狀，結(jié)合數(shù)控技術(shù)，制定出合理的機械加工工藝，采用CNC 技術(shù)的加工中心進行零件的加工，以提高零件的加工精度和表面質(zhì)量，該理論和方法對類似零件的高精密數(shù)控銑削具有一定的指導(dǎo)意義。

1 結(jié)構(gòu)分析

薄壁零件的材質(zhì)為Hastelloy X(哈氏合金)。它是鎳基合金中的Ni-Mo 系、Ni-Cr-Mo 系及Ni-Si 系耐蝕耐熱合金。它的密度:9.2 g/cm3，熔點:1 330 ℃～1 380 ℃，磁導(dǎo)率(單位:℃，RT)≤1.001。Hastelloy X 主要成分(單位:%)是C≤0.115，Cr≤22.0，Mo≤9.0，F(xiàn)e≤20及Ni 余［4］。它的力學(xué)性能非常突出，具有高強度、高韌性的特點，因此，在機加工方面有一定的難度，而且其應(yīng)變硬化傾向極強，當(dāng)變形率達到15% 時，約為18—8 不銹鋼的兩倍。哈氏合金還存在中溫敏化區(qū)，其敏化傾向隨變形率的增加而增大。

薄壁件成品圖如圖1 所示。

圖1 薄壁件成品圖

該薄壁件凈重6.4 kg，工件總長589.06 mm，厚度為7.6 mm，表面粗糙度為Ra1.6，平行度為0.1 mm，孔的位置度要求相當(dāng)高，且孔徑公差僅有0.018 mm。加工精度要求較高，加工難度較大。

2 零件的加工

2.1 加工準備

(1)將工作臺打磨平整、清理干凈;

(2)選用4 塊等高墊鐵及相應(yīng)拉桿、千斤頂、壓板;

(3)準備等量的紙，用于保護工件表面;

(4)準備好刀具、量具、樣板;

(5)充分考慮加工過程中可能出現(xiàn)的問題，制定解決方案，整理出加工歩驟與程序。

2.2 基于CNC 技術(shù)機床的選用

對于高精度要求的薄壁零件，該薄壁件在加工中心來完成加工，相較于普通機床，數(shù)控機床通過數(shù)控指令驅(qū)動機床的各軸運動來加工工件［5］，通過改變數(shù)控有關(guān)技術(shù)工藝參數(shù)，就可以完成加工，因此比較便于實現(xiàn)換批加工與研發(fā)新產(chǎn)品［6］。而加工中心是一種功能較全的數(shù)控機床，它集銑削、鉆削、鉸削、鏜削、攻螺紋和切螺紋于一體［7］，不僅具有加工精度高、精度穩(wěn)定、表面質(zhì)量好等工藝特點，還可以減少停機檢驗時間，具備刀庫的自動換刀功能，實現(xiàn)了多道工序的連續(xù)加工，這樣不僅縮短了生產(chǎn)準備周期，提高了生產(chǎn)效率，而且節(jié)省了大量工藝裝備費用。

因此，本研究根據(jù)零件的結(jié)構(gòu)特點，采用立式加工中心KVC800，該機床精度高、剛性好，可以大大提高加工精度;且具有進給結(jié)構(gòu)剛性、傳動剛性良好;主傳動系統(tǒng)轉(zhuǎn)速高、性能良好;刀庫容量大、裝刀方便;機床操作宜人性良好;主配置FANUC 0i-mate-MD 控制系統(tǒng)性能優(yōu)越、運行可靠等特點。其能在一次裝夾下完成鉆、擴、鏜、攻絲等多種加工，適合于加工各種精度高、工序多、形狀復(fù)雜的各種零件，是精度高、工效高、可靠性高的自動化加工機床。

2.3 加工工藝分析

薄壁件工藝路線一般劃分3個階段，即毛坯準備—粗加工—精加工。粗、精加工之間可安排一次或數(shù)次半精加工。研究結(jié)果表明，對零件粗加工后進行去應(yīng)力退火處理，減少因應(yīng)力釋放導(dǎo)致工件變形的可能性，還應(yīng)合理安排粗、精銑工序，控制工件變形，以滿足精度要求。

以下討論合理制定裝夾方案。薄壁零件剛性差，在加工過程中因受到切削力、夾緊力以及切削熱和殘余應(yīng)力極易產(chǎn)生變形，所以控制加工變形是保證薄壁零件數(shù)控加工質(zhì)量的關(guān)鍵。在眾多的加工變形控制措施中，如進給量局部調(diào)整、刀具路徑修正、改進裝夾方案和改進毛坯的結(jié)構(gòu)工藝性等，裝夾方案是其中的重要一項［8-9］。另外，結(jié)合實際分析，薄壁零件的數(shù)控銑削中，由夾緊力引起的裝夾變形是引起工件變形不可忽視的一個重要因素，裝夾方案的優(yōu)劣直接影響工件的加工精度、表面質(zhì)量、勞動生產(chǎn)率和加工成本。薄壁零件裝夾方案的制定，首先應(yīng)根據(jù)零件的結(jié)構(gòu)特點和技術(shù)要求，進行切削過程中的受力和變形分析，特別要注重定位和夾緊的形式、裝夾布局和夾緊力的選擇，使工件所受的綜合作用力盡可能小，作用力矩盡可能小，提高零件的工藝剛度，減輕零件的裝夾變形、加工變形和振動［10］。

2.3.1 工件的粗加工

(1)將平口虎鉗裝夾在合適位置，鉗口拉直，壓緊。

(2)粗銑加工實物圖如圖2 所示。粗銑工件厚度，對工件進行多次裝夾，消除因應(yīng)力發(fā)生變化而產(chǎn)生塑性變形，最終保證其中一個面的平行度在0.1 mm之內(nèi)，并達到表面粗糙度要求。

(3)取下工件，釋放加工應(yīng)力，檢查變形量。

2.3.2 工件的精加工

圖2 粗銑加工

圖3 精加工

(2)兩次裝夾精銑外形。本研究選用Φ10 的立銑刀，切削參數(shù)為:S=2 000 r/min，F(xiàn)=500 mm/min，ap=0.25 mm。結(jié)合實際分析，為保證寬度總長和型線部分滿足設(shè)計要求，需留量精銑。筆者在余料部分搭制壓板，防止脫落時損壞工件和刀具。

精銑外形如圖4 所示。

圖4 精銑外形

(3)多次裝夾銑厚度方向型線。

銑厚度方向型線如圖5 所示。

圖5 銑厚度方向型線

需要考慮工件的變形問題，如何降低工件的變形在最小程度。面銑刀阻力過大，使工件內(nèi)部分子急速運動，從而加速了工件的變形。經(jīng)過反復(fù)試制作比對，最后本研究確定選用了刃口鋒利排屑效果好且耐磨性好的Φ10—R0.5 立銑刀，切削參數(shù)為:S=2 000 r/min，F(xiàn)=1 000 mm/min，ap=0.10 mm。在精銑時每刀寬度小于8 mm，這樣銑出的型線才無接刀痕，保證了粗糙度Ra1.6。在加工斜面時采用每刀寬度0.1 mm 的進刀方式，最終達到表面粗糙度和光潔度要求。本研究對斜面進行加工與結(jié)果分析，為了保證接刀的完整性，采用同一把刀來精銑控制斜面和平面的統(tǒng)一性。

3 數(shù)控編程

3.1 加工程序編制

數(shù)控機床所使用的程序是按一定的格式并以代碼的形式編制的，由數(shù)控系統(tǒng)控制數(shù)控機床自動地進行加工［11］。本研究根據(jù)薄壁零件的結(jié)構(gòu)、技術(shù)要求、制造工藝分析、加工中心的程序格式，結(jié)合實際結(jié)果分析，確定出每個工序的加工程序。

3.2 零件重要表面的加工程序

本研究按圖1 零件位置旋轉(zhuǎn)90°擺放，列出其左側(cè)與右側(cè)平面、圓弧面的加工程序:

在酒店對于人才管理的過程中，國內(nèi)酒店的管理人員由于傳統(tǒng)思想總是寄希望設(shè)法用各種手段來控制酒店的員工，甚至把一些激勵的措施也當(dāng)成了控制知識型員工的手段。許多酒店在解決知識型員工“跳槽”問題上走進了誤區(qū)，他們把“跳槽”看成是員工的背叛或者認為員工跳槽體現(xiàn)出的是自己管理的失敗，為了遮蓋住這種失敗，有的甚至采取扣押金、扣檔案，扣工資等偏執(zhí)的做法。最后，人非但沒留住，還嚴重影響到企業(yè)聲譽和形象。酒店的管理者即使知道采用這種管制性措施把人才被迫留住，所留人才會因此變得消極怠工，令酒店和員工個人雙方兩敗俱傷，也依然這樣做。

(1)粗加工左側(cè)平面

(2)粗加工右側(cè)平面

(3)加工左側(cè)圓弧(R200)

(4)加工右側(cè)圓弧(R200)

(5)加工左側(cè)錐形

(6)加工右側(cè)錐形

(7)精加工左側(cè)平面

(8)精加工右側(cè)平面

程序結(jié)束

4 加工分析與檢測

如圖1 所示，本研究精銑4×Φ16.5(兩邊位置)和2× Φ17(中間位置)的孔，這兩種孔的公差均為0.018 mm。由于機床的精度會直接螺旋銑削成橢圓狀，橢圓在0～0.02 mm 之間，無法滿足設(shè)計要求，筆者采用優(yōu)化選擇先銑削留0.05 mm 的加工余量再鏜削的方式，保證形位公差在0.005 mm 之內(nèi)。

該工件屬薄壁件，加工過程中易變形，應(yīng)遵循“少吃快跑”的加工理念。本研究采取墊紙的方法以保護表面光潔度不被破壞。

在正常加工條件下，影響工件尺寸變化的主要因素是刀具磨損、由于切削熱引起的刀具伸長和工件膨脹以及機床、刀具、工件組成的工藝系統(tǒng)彈性變形等［12］。S.Ratchev 等人［13］針對切削加工的熱變形、殘余應(yīng)力變形和力變形進行了分析。因此工件加工完畢后，仍然需要對所加工的零件要進行尺寸、粗糙度以及形位公差等檢測，了解是否到達設(shè)計要求和工藝要求。

5 結(jié)束語

本研究結(jié)合加工實際，為達到零件所要求的表面質(zhì)量，應(yīng)避免在工件上出現(xiàn)壓痕和拉傷現(xiàn)象，加工時需要一層墊紙，即在工作臺上約0.5 mm，壓板部位需墊1 mm。在精加工面上找正或測量工件變形度時，只能點接觸，不能讓表頭在工件上做直線運動，以免有劃痕。其次，該零件是燃機的重要部分，其重點在于斜度的加工方法、刀具的選用和外觀保護，以最大程度減小工件的變形度。

結(jié)果表明，按照所述方法，能加工出滿足設(shè)計要求、工藝要求，符合使用性能的零件，可作為一種典型薄壁件的加工方法。

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