鋁合金復(fù)雜薄壁件加工工藝優(yōu)化

王凱，樊繼航，鄧晶亮

(中國空空導(dǎo)彈研究院河南洛陽 471009)

0 概述

某型發(fā)射裝置中的橫梁是用來連接及固定發(fā)射梁、上本體和前后支架。該零件體積大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，精度要求高。因加工工藝的不合理從毛坯到最終的產(chǎn)品材料去除量達(dá)90%以上，是典型的薄壁復(fù)雜件。因零件跨度大，支撐面小，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造成裝夾困難，加工易產(chǎn)生零件變形，圖樣關(guān)鍵尺寸精度普遍難以保證，產(chǎn)品合格率低，一直嚴(yán)重影響產(chǎn)品的生產(chǎn)交付。針對(duì)該鋁合金復(fù)雜薄壁件的加工，采取了具體的工藝措施，確定了合理的工藝參數(shù)及路線，保證了加工品質(zhì)。

1 工藝難點(diǎn)分析

圖1所示為橫梁結(jié)構(gòu)簡圖，零件毛坯為LY12預(yù)拉伸鋁合金板材。零件形體比較復(fù)雜，缺少理想、可靠、穩(wěn)定的定位基準(zhǔn)，而底面上的加工要素較多，且各要素之間具有較高的位置精度要求。

圖1 橫梁結(jié)構(gòu)簡圖

從結(jié)構(gòu)簡圖分析，該零件加工中存在以下難點(diǎn):

a)零件頂面厚度僅有5 mm，側(cè)壁高且薄，整體鋼性較差，在裝夾和加工過程中易變形，而零件很多孔、槽的位置尺寸及形位公差要求較高，加工不易保證。尤其是135±0.08、165±0.08等底面上的相關(guān)尺寸會(huì)因?yàn)橹虚g通槽變形而超差。

b)加工時(shí)，頂面定位面僅寬108 mm，不到總寬的三分之一，考慮到零件的高度50 mm，一旦頂面平面度過大，必然會(huì)造成零件傾斜，基準(zhǔn)A偏移，圖中幾個(gè)對(duì)稱度無法保證。實(shí)際加工中，零件的加工變形一直是影響產(chǎn)品品質(zhì)的關(guān)鍵因素。

c)零件變形會(huì)造成測(cè)量時(shí)基準(zhǔn)面不穩(wěn)定，影響測(cè)量結(jié)果穩(wěn)定性，這也是一個(gè)急需解決的問題。

d)零件底面對(duì)稱分布的幾處減重槽結(jié)構(gòu)復(fù)雜，數(shù)控加工性能與效率需兼顧［1］。

2 工藝優(yōu)化方案

通過前批加工，存在零件裝夾定位困難，定位精度不易控制及精加工變形易造成零件外形及孔距尺寸超差嚴(yán)重。針對(duì)該復(fù)雜薄壁件的關(guān)鍵問題，制訂了相應(yīng)的工藝優(yōu)化［2］。

2.1裝夾定位方式的設(shè)計(jì)

橫梁結(jié)構(gòu)復(fù)雜，零件本身可提供的可靠裝夾部位只有零件的中間通槽。若僅僅靠該部位定位，裝夾時(shí)會(huì)造成零件變形，另外零件懸臂處沒有剛性支撐，加工品質(zhì)難以保證。于是在初步攻關(guān)方案中考慮通過增加8處工藝凸臺(tái)，用通用虎鉗裝夾的方式進(jìn)行加工。雖然工藝臺(tái)提高了一定的零件剛度，但前批精加工該頂面及工藝臺(tái)基準(zhǔn)后零件變形，導(dǎo)致用平口虎鉗裝夾工藝臺(tái)進(jìn)行后續(xù)加工時(shí)，發(fā)現(xiàn)8處工藝臺(tái)不在一個(gè)平面上，最大定位間隙誤差0.15 mm，嚴(yán)重影響加工精度。另外用該工藝臺(tái)定位加工其他尺寸，存在定位基準(zhǔn)與尺寸基準(zhǔn)不統(tǒng)一的問題，也會(huì)增大尺寸的加工誤差。

為了減小定位誤差，制定了定位方案。新方案采用工藝臺(tái)、頂面支撐，零件中心2-D32+0.0390孔定位，相對(duì)原定位方案沒有用工藝臺(tái)定位，直接用頂面支撐，易于保證高度尺寸及相關(guān)的對(duì)稱度公差，定位精度高。

根據(jù)該定位方案制做了一套專用工裝，見圖2。該工裝以5塊獨(dú)立的基板為支撐基準(zhǔn)平面，該基板平面度≤0.02 mm。當(dāng)加工外形及底面時(shí)，工件采用工藝臺(tái)及頂面支撐，2個(gè)定位銷與基板上的兩個(gè)D32孔定位，壓板C壓緊。加工后調(diào)整壓板，先用4個(gè)壓板B壓緊工件，然后去掉定位銷、壓板 C，就可以精加工中部通槽及中心孔2-。

另外使用該工裝時(shí)要注意以下幾點(diǎn):

1)裝夾時(shí)要注意裝夾力不可過大，防止將零件變形。

2)壓板著力點(diǎn)要有穩(wěn)定的支撐，如底面、工藝臺(tái)及輔助支撐。

3)裝夾零件時(shí)要注意不要糾正零件本身的變形，必要時(shí)采用杠桿表打表，輔助支撐進(jìn)行調(diào)節(jié)。

通過加工驗(yàn)證，該專用工裝，在現(xiàn)場(chǎng)使用中方便快捷，定位可靠，不僅適用于橫梁精加工工序的批量加工，也適用于粗加工、半精加工工序。

圖2 專用工裝設(shè)計(jì)

2.2 確定精加工工藝路線，控制零件變形

a)精加工頂面

頂面的精加工是保證橫梁后續(xù)精加工尺寸的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，加工必須保證平面度≤0.02 mm，見圖3。

圖3 精加工頂面

該平面是橫梁底面大部分精加工尺寸的定位基準(zhǔn)，如果該平面度超差，零件兩側(cè)會(huì)翹起，用壓板壓緊后，必然會(huì)造成零件變形，加工精度無法保證。另外該平面也是橫梁底面尺寸的一個(gè)測(cè)量的定位基準(zhǔn)，測(cè)量時(shí)零件平放在測(cè)量平臺(tái)上，呈自由狀態(tài)，該定位面的平面度超差也會(huì)成倍的反映在底面平面度上。該工序必須減少各種刀具參數(shù)下的切削熱及切削振動(dòng)對(duì)工件變形的影響。最終工藝方案采用d16的硬質(zhì)合金立銑刀，S=4 000 r/min，F(xiàn)=1 000 m/min，切削速度達(dá)200 m/min，此時(shí)加工效果較好，平面度滿足工藝要求。另外，加工后要求在測(cè)量平臺(tái)上檢測(cè)加工效果，必須保證平面度≤0.02 mm，如果平面度超差，要求重新裝夾修整平面，保證平面度≤0.02 mm。

b)精加工底面

精加工底面時(shí)，零件雖然采用專用工裝定位，但零件整體剛性仍然較差。最初加工時(shí)，選用d25的銑刀加工。在加工兩側(cè)懸翼及16±0.07臺(tái)階時(shí)，常發(fā)生啃刀現(xiàn)象，分析是刀具與工件常發(fā)生共振，因此宜選用較小直徑刀具;此外底面及通槽大面積的切削時(shí)，加工變形也很大，造成通槽尺寸超差，也宜選用較小直徑刀具。

由于加工面較多，通過試切加工最終采用了3種刀具，底面臺(tái)階處采用d16硬質(zhì)合金立銑刀，避免了共振現(xiàn)象的產(chǎn)生，加工表面的紋路較小，滿足要求;通槽及底面采用d18的刀具加工效率高，且加工變形能控制在很小的范圍內(nèi)，為保證之后孔系的相關(guān)尺寸加工提供了基礎(chǔ)。

c)底面、頂面孔系的精加工

為防止加工變形影響，安排在零件外表面(包括斜面)全部精加工之后再進(jìn)行加工。裝夾時(shí)采用沉頭形式的定位銷，中部通孔用來安裝螺栓，并用了一個(gè)小壓板，見圖4。這樣使用后壓緊力及壓緊面大大減小，即使零件定位面不平，也能將壓緊造成的變形減小到最小程度。

圖4 底面孔系加工時(shí)頂面定位壓緊方式

3 工藝優(yōu)化效果

通過本次工藝優(yōu)化，改進(jìn)了裝夾定位方式，并制定了具體的防變形加工工藝路線，通過多批產(chǎn)品加工品質(zhì)一直很穩(wěn)定。該工藝方案相比類似薄壁復(fù)雜件常采用高速加工的方案［3］提出了普通數(shù)控銑加工的詳細(xì)解決方案，降低了工藝難度，對(duì)于類似薄壁復(fù)雜零件的加工也具有參考意義。

［1］于四寬，周春雷.MasterCam在內(nèi)腔加工中的應(yīng)用［J］.黑龍江科技信息，2007(17):50-52.

［2］張?jiān)品澹軒r.薄壁件加工變形分析與控制［J］.科技信息，2008(08):200-245.

［3］林勝.HSM在航空制造業(yè)中的應(yīng)用［J］.航空制造技術(shù)，2003(3):25-28.