高速切削在精密微小零件加工中的應用

2013-03-25 06:34:48孫傳國

機械工程師 2013年1期

孫傳國

（中國電子科技集團公司第41研究所，山東青島266555）

1 引言

在1931年德國科學家所羅門博士根據研究成果得出結論：“當以適當高的切削速度（約為常規速度的5～10倍）加工時，切削刃上的溫度會降低，因此有可能通過高速切削提高加工生產率”。以此成果為依據的高速切削概念隨后逐漸在工業實際應用中推廣。

耦合環類零件是電子測試儀器的重要部件，尺寸細小，具有尺寸精度高、表面粗糙度低以及形位精度高的特點。如圖1所示耦合環的壁厚為0.03mm。在最初的加工實驗時采用過慢走絲線切割銅片加工成形，但因其壁厚為0.03mm，小于放電腐蝕尺寸，故加工結束時零件已經被電腐蝕掉。在其后長期采用模具沖壓成型，雖然保證了壁厚要求，但形位精度一直得不到很好的滿足，影響電性能指標。同時沖壓此類零件的成品率低，生產效率也很低。隨著電子測試儀器性能要求的不斷提高，沖壓成型的工藝方法已不能滿足其電性能要求。近來我單位開始應用高速加工，為此類零件工藝方法的改進提供了很好的平臺。

圖1 耦合環示意圖

2 高速加工的工藝設計

因耦合環的尺寸細小，其外形特征決定了零件不具有可夾持面和可夾持空間，無法通過正常的裝夾方式進行加工，因此采用“微應力”裝夾方式——膠結方式。

由德國科學家所羅門博士的研究成果可知，在高速加工時，高速銑削采用了比常用銑削加工更快的銑削線速度和進給速度，因此會選用比常用銑削加工更小的軸向和徑向進給；高速銑削加工過程中，大量因銑削加工產生的熱被高速飛濺出的切屑帶走，工件表面因加工產生的溫度也比常用銑削加工產生的溫度低，由此減小了工件在加工中產生的熱變形，同時高速銑床具備高剛性和高精度等性能，保證了耦合環的高精度要求；隨著銑削線速度的提高，銑削力略有下降，表面質量提高，能保證耦合環側面的質量要求，同時高速銑削加工銑削力小，高速主軸有較高的穩定性，可加工出高質量薄壁零件；高速加工較小的銑削力又適合使用小直徑的刀具，有利于耦合環細小尺寸的加工。總的工藝設計為：下料→正面銑外形→清洗，膠結→反面落料→浸泡，得到成品。

在正面加工時，為了節約材料，同時減小變形對反面加工厚度的影響，采用排樣加工的方式。選擇合適的尺寸下料，排樣編程，加工出零件的正面形狀。針對圖1耦合環，下料為35mm×35mm×8mm的黃銅板，排樣加工尺寸如圖2。

反面加工時，采用“微應力”裝夾方式——膠結方式。對于示例零件先超聲波清洗零件，然后將某種快干膠涂于正面已加工的深為4.0mm的腔內，再把尺寸為23mm×23mm×3.5mm的銅板膠結在正面的大腔內，反面編程加工落料，最后將加工完的零件放入有機溶劑浸泡一段時間，將自然脫落的零件取出。在正面腔涂膠時，應注意將膠盡量涂滿零件周邊的縫隙中，以增加膠與零件的接觸面，增強零件的膠結牢固程度，減少反面落料加工時零件飛出的幾率。反面落料時，先用加工正面尺寸一樣的腔（如圖3），在零件的厚度上留0.3mm余量，再用小直徑刀具落料，以較小的切削力，保證零件不會飛出。

圖2 正面排樣圖

圖3 反面腔

3 刀具和切削參數的選擇

圖2中，因深4.0mm的腔只有底面粗糙度的要求，故選用φ4.0mm的鍵槽直角刀開粗，再用另一把φ4.0mm的鍵槽直角刀精銑底面；在圖1所示的耦合環中，最小的圓角為0.1mm，綜合考慮刀具的成本，選用φ0.3mm的鍵槽直角刀粗銑，再用φ0.2mm的鍵槽直角刀精銑零件外形，以求保證零件的外形尺寸和粗糙度。