何寶峰

陜西法士特齒輪有限責(zé)任公司

簿壁殼體零件加工工藝及夾具設(shè)計(jì)研究

何寶峰

陜西法士特齒輪有限責(zé)任公司

薄壁殼體零件廣泛應(yīng)用于航空航天工業(yè)中，由于其弱剛度、易變形的特點(diǎn)，導(dǎo)致對(duì)其加工變形的控制一直是個(gè)難點(diǎn)。國(guó)內(nèi)外對(duì)該類型變形的研究主要集中在：工件力學(xué)特性與結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、加工進(jìn)給參數(shù)選擇、加工殘余應(yīng)力對(duì)產(chǎn)品形變的影響等。本文主要就對(duì)鋁合金簿壁殼體零件加工工藝及夾具設(shè)計(jì)進(jìn)行分析和探討。

簿壁殼體零件；加工工藝；夾具設(shè)計(jì)

1 簿壁殼體零件加工工藝

1.1 分析鋁合金材料特性，優(yōu)化機(jī)械加工基準(zhǔn)選取

機(jī)械加工人員在進(jìn)行零件加工操作前，需對(duì)鋁合金材料的韌性、粘附性、相應(yīng)的塑性以及應(yīng)用環(huán)節(jié)加以分析，從而避免在加工過(guò)程中出現(xiàn)零件變形、表面劃傷、刀瘤等現(xiàn)象，提升鋁合金簿壁殼體零件機(jī)械加工的效率與質(zhì)量。同時(shí)機(jī)械加工人員需優(yōu)化加工基準(zhǔn)的選取，應(yīng)盡可能地選取平整度、光潔度較好且面積較大的粗基準(zhǔn)，并對(duì)其進(jìn)行處理，使基準(zhǔn)面更為平整。若發(fā)現(xiàn)粗基準(zhǔn)存在毛刺、飛邊、以及澆冒口材料等凸起部分，需及時(shí)地進(jìn)行清理，在確認(rèn)后期加工過(guò)程中能夠進(jìn)行準(zhǔn)確定位后，將粗基準(zhǔn)夾緊。

1.2 注重機(jī)械粗加工過(guò)程

尺寸和表面粗糙度不精準(zhǔn)的鋁合金零件，難以達(dá)到高要求，所以要求機(jī)械加工人員在進(jìn)行加工的時(shí)候，要對(duì)形狀繁復(fù)的鋁合金零件進(jìn)行加工余量處理。在加工鋁合金材料時(shí)，鋁合金材料會(huì)進(jìn)行摩擦，從而使鋁合金零件的表面晶粒出現(xiàn)錯(cuò)位變形以及硬化的現(xiàn)象。而產(chǎn)生的熱量在切削中也會(huì)導(dǎo)致變形，使鋁合金零件加工的尺寸之間出現(xiàn)誤差，更有加工鋁合金零件出現(xiàn)變形的狀況。所以，針對(duì)以上出現(xiàn)的問(wèn)題，加工人員可以使用銃刨加工方法，可運(yùn)用進(jìn)給量適當(dāng)、切削深淺度以及轉(zhuǎn)速不高的方法進(jìn)行，保證加工的鋁合金零件尺寸達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。而在進(jìn)行復(fù)雜鋁合金零件加工時(shí)，加工人員采用冷卻液和鏜床進(jìn)行粗加工，不會(huì)出現(xiàn)切削熱量影響加工精準(zhǔn)度的現(xiàn)象。此外，對(duì)于特殊的較大壁厚度的鋁合金零件，多采用低溫?zé)崽幍姆椒ㄟM(jìn)行處理。熱處理即將零件進(jìn)行切削，使組織結(jié)構(gòu)的精度發(fā)生變化，通過(guò)切削的作用，零件內(nèi)有了應(yīng)力值較大的殘余應(yīng)力。故運(yùn)用低溫退火方式處理零件變形，釋放材料殘余應(yīng)力。

1.3 注重精加工成型過(guò)程

機(jī)械加工人要使用精加工方法，達(dá)到加工零件精準(zhǔn)尺寸和粗糙度符合設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)。在加工同時(shí)還應(yīng)當(dāng)注意融合鋁合金材料的特性，選用設(shè)備零件精準(zhǔn)度高的加工辦法。在一般情況下，加工人員以數(shù)顯銃床、鏜床和加工中心為主要方法運(yùn)用。在進(jìn)行精加工時(shí)，要挑選切削速度不慢的設(shè)備彌補(bǔ)加工余量不足的鋁合金材料。同時(shí)還應(yīng)當(dāng)注意選擇粗刀桿的刀具，保證達(dá)到刀具的剛度要求，彌補(bǔ)切削中振動(dòng)影響機(jī)械加工精度的問(wèn)題。機(jī)械加工人員進(jìn)行工件裝夾的時(shí)候，不能出現(xiàn)縮減裝夾次數(shù)過(guò)多的情況，最好能夠一步到位定位成型，使得夾緊力降低，從而彌補(bǔ)人為因素帶來(lái)的誤差問(wèn)題。

刃前產(chǎn)生高度的溫度，切削雖然能夠消散大量熱量，但是由于鋁合金熔點(diǎn)太低，會(huì)造成刃前區(qū)出現(xiàn)半融化情況，所以機(jī)械加工人員在切削過(guò)程中應(yīng)當(dāng)注意切削速度。切削速度不能過(guò)快，避免造成切削熱量過(guò)大，熱量不能及時(shí)消除的情況。機(jī)械加工人員可以使用有良好的潤(rùn)滑性、冷卻性能好、粘稠度不高的切削液進(jìn)行機(jī)械加工，避免出現(xiàn)加工零件在大量高溫的影響，使得加工零件強(qiáng)度降低，鋁合金零件出現(xiàn)凹凸現(xiàn)象。而好的潤(rùn)滑性、冷卻性能好、粘稠度不高的切削液能降低切削熱量，也能夠使刀具潤(rùn)滑，還能夠使零件變形問(wèn)題得到大范圍的解決。

2 夾具設(shè)計(jì)

2.1 產(chǎn)品定位

根據(jù)零件加工工藝技術(shù)要求結(jié)合產(chǎn)品結(jié)構(gòu)特性，零件加工時(shí)以測(cè)量基準(zhǔn)面作為定位面，以經(jīng)過(guò)預(yù)加工的殼體零件安裝螺栓孔作為定位孔安裝菱形銷與圓柱銷，這就限制住了產(chǎn)品的六個(gè)自由度，實(shí)現(xiàn)完全定位。

2.2 夾具設(shè)計(jì)步驟

夾具設(shè)計(jì)從工藝技術(shù)要求出發(fā)，將夾具設(shè)計(jì)分為兩個(gè)階段：①分析薄壁殼體零件模型(包括圖紙審核和CAD模型分析)，初步設(shè)計(jì)出符合定位和夾緊原理的裝夾方案;②基于上述裝夾方案，根據(jù)定位位置、夾緊位置和夾緊力的大小計(jì)算出薄壁殼體件的裝夾變形，并驗(yàn)證該方案是否滿足所有的約束條件，再根據(jù)變形量大小計(jì)算出產(chǎn)品形位位移，并通過(guò)對(duì)比比較，從幾種備選方案中選出最優(yōu)方案。

2.3 夾具設(shè)計(jì)

根據(jù)以往的設(shè)計(jì)辦法，對(duì)該零件加工夾具進(jìn)行設(shè)計(jì)。因?yàn)楸粖A物體是毛坯件，所要求的精度較低，所以可以用2個(gè)浮動(dòng)定位銷，3個(gè)輔助支撐、3個(gè)支撐釘。再根據(jù)實(shí)際情況在夾具上選取3個(gè)適合作為壓緊點(diǎn)的部位用氣缸壓緊，將完成的夾具對(duì)若干個(gè)毛坯件進(jìn)行測(cè)試。

根據(jù)測(cè)量結(jié)果，其中有三個(gè)點(diǎn)的平面度嚴(yán)重不符合設(shè)計(jì)圖紙的要求，發(fā)生了很大形變。究其原因，是這三處并沒有實(shí)行加強(qiáng)保護(hù)措施，夾具距離較遠(yuǎn)，壓緊力超出了承受范圍。

2.4 夾具改進(jìn)設(shè)計(jì)

改進(jìn)主要是有效解決零件形變問(wèn)題，在零件形變區(qū)域加上加強(qiáng)筋用來(lái)固定。改進(jìn)后的夾具與原有相比，增加了一個(gè)壓緊點(diǎn)，且對(duì)三個(gè)輔助支撐位進(jìn)行了適當(dāng)調(diào)整。改進(jìn)后再次進(jìn)行測(cè)試。

根據(jù)測(cè)試結(jié)果，只有一個(gè)位置的平面度不符合要求，其余全部符合標(biāo)準(zhǔn)。改進(jìn)前的分析：主要原因是人工輔助支撐錯(cuò)誤，從而大大削弱了輔助支撐的作用。解決方案：將所有人工輔助支撐改為氣動(dòng)支撐，盡可能地避免人為因素所產(chǎn)生的錯(cuò)誤。將改進(jìn)前的夾具上的手動(dòng)輔助支撐全部換位氣動(dòng)，隨后再次進(jìn)行測(cè)試。結(jié)果顯示，毛坯件平面度已全部符合圖紙?jiān)O(shè)計(jì)要求。

2.5 刀具選擇

對(duì)已經(jīng)完成加工的零件進(jìn)行粗糙度測(cè)量，該零件表面的粗糙度為Ral.6，粗糙度嚴(yán)重不符合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，需對(duì)加工工序進(jìn)行改變。原本采用的銑平面刀具全部換為普通刀具，原本一道工序增加為粗銑和精銑兩道工序。由于此零件為薄壁件，加工過(guò)程會(huì)引起零件震動(dòng)，長(zhǎng)時(shí)間加工會(huì)對(duì)刀具產(chǎn)生非常大的損傷，所以要將刀具改為硬質(zhì)合金刀具，且將前面的兩道工序增加到三道，在原有的兩道工序中再加上半精銑，以有效減少加工過(guò)程中零件的震動(dòng)。隨后對(duì)零件再次進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果各項(xiàng)數(shù)據(jù)符合設(shè)計(jì)要求。

結(jié)語(yǔ)

鋁合金簿壁殼體零件的機(jī)械加工環(huán)節(jié)的綜合效益的提升，離不開其該零件加工系統(tǒng)內(nèi)部各個(gè)環(huán)節(jié)的協(xié)調(diào)，這樣有利于保證日常工作的穩(wěn)定開展，以滿足日常機(jī)械加工環(huán)節(jié)的需要。

[1]劉志剛，趙曉燕.一種薄壁殼體零件的數(shù)控加工工藝研究[J].機(jī)床與液壓，2016，14：35-37.