王延飛 孫光舉 牛雪平

摘要：在零件加工的過程中，需要對(duì)薄壁深腔鋁合金零件的銑削加工參數(shù)進(jìn)行確定，所以筆者進(jìn)行切削的深度與誤差之間單因素實(shí)驗(yàn)，通過實(shí)驗(yàn)結(jié)果找出兩者之間的關(guān)系。實(shí)驗(yàn)之后發(fā)現(xiàn)，銑削深度的降低會(huì)導(dǎo)致切削尺寸誤差的減小。但是如果加大進(jìn)給速度，則會(huì)造成零件形狀誤差變大。所以筆者根據(jù)各項(xiàng)數(shù)據(jù)之間的關(guān)系，計(jì)算出最合理的切削深度與進(jìn)給速度的相關(guān)參數(shù)，以此促進(jìn)銑削加工的質(zhì)量水平的提升。

關(guān)鍵詞：薄壁深腔；鋁合金零件；銑削加工；參數(shù)選擇

所謂的薄壁深腔零件指的是壁厚約為1.2mm，深度大于40mm，寬度超過50mm，長度在80mm以上的通腔零件。在進(jìn)行薄壁件制造時(shí)，通常采用鋁合金為原料，因?yàn)槠渚哂忻芏刃?、?qiáng)度大以及具備較好的抗腐蝕性等，尤其在進(jìn)行航空薄壁結(jié)構(gòu)件的制造中使用較多。但是由于薄壁件特殊的要求，存在一定的加工難度，在制造加工時(shí)容易產(chǎn)生零件變形問題。所以一直是制造企業(yè)面臨的難題之一。本文結(jié)合某企業(yè)生產(chǎn)實(shí)際進(jìn)行闡述，該企業(yè)在生產(chǎn)一種鋁合金零件時(shí)，因?yàn)楫a(chǎn)品內(nèi)壁較寬而且較薄，所以容易產(chǎn)生質(zhì)量問題，譬如薄壁變形、產(chǎn)品實(shí)際與設(shè)計(jì)參數(shù)尺寸誤差較大、產(chǎn)品表面不夠平滑進(jìn)而導(dǎo)致制造加工質(zhì)量低下。這些問題導(dǎo)致產(chǎn)品不合格，不僅造成較大的損失，還嚴(yán)重影響企業(yè)生產(chǎn)效率。

圖1是鋁合金零件的模型圖，該產(chǎn)品屬于不規(guī)則圖形，由多個(gè)內(nèi)壁與鉆孔組成，而且其中一內(nèi)壁還需挖去兩圓形。設(shè)計(jì)模型對(duì)每個(gè)薄壁都有相關(guān)的設(shè)計(jì)參數(shù)。在進(jìn)行制造加工的時(shí)候按照常規(guī)的切削深度與進(jìn)給速度參數(shù)進(jìn)行，在模具設(shè)計(jì)（UG）軟件中型腔銑模式選擇為“跟隨部件”，進(jìn)行銑削，并選擇了1cm的三刃高速鋼銑刀，輔之以兩千轉(zhuǎn)每分鐘的主軸轉(zhuǎn)速和20cm每分鐘的進(jìn)給速度進(jìn)行加工，每層切削5mm的深度，進(jìn)而得到加工產(chǎn)品。

在制造加工完成后對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行測(cè)量，主要測(cè)量零件的壁厚尺寸。通過與理論的壁厚尺寸進(jìn)行比較發(fā)現(xiàn)每個(gè)薄壁之間均存在一定的誤差。從加工成品看來，如果每層的切削深度設(shè)定為5mm時(shí)，進(jìn)給速度超過20cm每分鐘，此時(shí)主軸的負(fù)載率會(huì)超過8%，這種情況下在進(jìn)行加工時(shí)會(huì)存在刀具斷裂的可能。如果進(jìn)給速度保持在20cm每分鐘，負(fù)載率也有5%，而且加工時(shí)發(fā)現(xiàn)存在排屑不及時(shí)的情況，進(jìn)而導(dǎo)致薄壁變形被誤切。產(chǎn)成品薄壁表面粗糙，刀痕明顯，尺寸誤差也比較大。由于加工制造設(shè)備等存在不穩(wěn)定性，所以會(huì)產(chǎn)生各薄壁尺寸誤差之間存在較大的不同，極值存在較大差異。因此，得出以較大的切削深度去提高產(chǎn)品的加工效率方法不可行。

通過分析發(fā)現(xiàn)，這種加工誤差主要是由銑削力與走刀路徑造成的。在薄壁件加工過程中，由于零件本身剛性較差，易造成“讓刀”情況，致使薄壁件出現(xiàn)彈性變形。如果加工時(shí)銑削力過大，又超過了零件材料的彈性極限的時(shí)候又會(huì)造成塑性變形。走刀的路徑不用也會(huì)致使零件產(chǎn)生變形，走刀路徑不同會(huì)影響產(chǎn)品毛坯內(nèi)部殘余應(yīng)力釋放次序，從而造成不同的變形問題。

在進(jìn)行加工制造過程中，切削深度決定了加工時(shí)的銑削力。通常情況下，切削深度與銑削力、產(chǎn)生誤差成正比例相關(guān)。這種情況下，如果在加工時(shí)增加切削次數(shù)，就會(huì)使切削效率有所下降，所以在現(xiàn)實(shí)情況中需要考慮的是如何提高加工效率以及控制誤差，對(duì)此，筆者進(jìn)行了切削深度與切削誤差兩者的單因素實(shí)驗(yàn)，并通過數(shù)據(jù)分析了解兩者關(guān)系，進(jìn)而找出滿足誤差范圍內(nèi)的最大切削深度參數(shù)選擇。

1實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與結(jié)果

為了方便實(shí)驗(yàn)展開，選取其中一內(nèi)壁作為對(duì)象，并在相關(guān)的軟件內(nèi)進(jìn)行建模，設(shè)置其他參數(shù)不變，只對(duì)切削深度與進(jìn)給速度進(jìn)行設(shè)定，經(jīng)過試驗(yàn)得到以下數(shù)據(jù)，如表1。

2實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

從表1不難發(fā)現(xiàn)，當(dāng)切削深度參數(shù)選擇不斷減小時(shí)，測(cè)量得到的尺寸誤差也在減小。這主要是因?yàn)榍邢魃疃瓤刂浦娤髁?，切削深度減小，銑削力也越小。在進(jìn)行鋁合金零件加工時(shí)，由于其強(qiáng)度較低，當(dāng)選擇較大的切削深度時(shí)，較大的銑削力會(huì)造成零件的塑性變形，從而致使誤差變大。但如果降低切削深度參數(shù)時(shí)，雖然誤差變小，但是走刀路徑增加導(dǎo)致產(chǎn)品加工效率低下。

通過實(shí)驗(yàn)觀察發(fā)現(xiàn)，在切削深度為0.6mm與0.4mm這兩種情況下，產(chǎn)品內(nèi)壁存在內(nèi)厚外薄的問題。通過觀察加工環(huán)節(jié)的切削路徑了解到，如果切削深度參數(shù)選擇較小，而進(jìn)給速度參數(shù)選擇較大時(shí)，刀具在拐彎時(shí)需要更大的轉(zhuǎn)角空間進(jìn)行切削加工，所以容易出現(xiàn)過削的問題，這也表明在進(jìn)行薄壁零件銑削加工時(shí)，拐彎進(jìn)給速度不能過大。

通過以上分析筆者認(rèn)為在進(jìn)行薄壁零件加工時(shí)切削深度參數(shù)選擇應(yīng)當(dāng)取值于0.6mm到1mm之間。除此之外，還要注重零件的加工效率，所以筆者又對(duì)切削深度為1mm、0.6mm時(shí)針對(duì)不同進(jìn)給速度完成時(shí)間的測(cè)量實(shí)驗(yàn)。所得情況如表2所示。

觀察上表可發(fā)現(xiàn)，在選擇1mm切削深度輔之1600mm/min的進(jìn)給速度時(shí)，能保證各項(xiàng)指標(biāo)最優(yōu)，也就是說此參數(shù)條件下進(jìn)行薄壁零件加工時(shí)最合適。筆者根據(jù)此參數(shù)選擇進(jìn)行實(shí)際加工得到新的零件產(chǎn)品。

通過實(shí)物測(cè)量相關(guān)數(shù)據(jù)表明，內(nèi)壁尺寸最大的誤差值為0.05mm，在相關(guān)的誤差標(biāo)準(zhǔn)之內(nèi)，而且加工產(chǎn)品尺寸相對(duì)之前來說較為穩(wěn)定，產(chǎn)品表面質(zhì)量得到有效的提高。也說明了在進(jìn)行薄壁深腔鋁合金零件的銑削加工選擇該參數(shù)時(shí)較為合適。

3結(jié)語

經(jīng)過相關(guān)實(shí)驗(yàn)表明，切削深度為1mm，進(jìn)給速度保持在1600mm/min時(shí)，所得零件加工尺寸誤差較小，尺寸穩(wěn)定，且產(chǎn)品表面質(zhì)量較好，加工效率有所提高，所以采用此參數(shù)進(jìn)行當(dāng)前零件的制造加工會(huì)得到更好的效果。