薄壁錐度工件的加工

■陜西渭河工模具有限公司　(寶雞　722405)　白 妮

薄壁錐度工件的加工

■陜西渭河工模具有限公司(寶雞722405)白 妮

摘要：薄壁錐度工件是航天某型號零件的關鍵工件。通過多次試驗，結合多次熱處理（即時效處理）控制變形，再利用工藝頭、加工工裝及優化加工工藝，解決了加工薄壁LY12-cz材料易變形的難點問題，保證了零件精度，達到了圖樣設計要求和使用要求。

在航天、航空領域，對零件的質量要求嚴格，對傳動中非承載的零件一般采用鋁合金材料，這樣既可減輕質量又能降低成本，同時滿足零件之間的相互配合精度要求、強度要求和使用要求；特別是對相互結合的、有高精度要求的接合面處，通常采用錐度配合，實現其精確定位，達到其工作性能要求。下面就以某型號零件的外殼為例來說明此類零件的加工方法。

1. 零件結構

外殼（見圖1）屬于薄壁錐度零件，材料為LY12-cz，該材料加工過程中受溫度影響尺寸變化較大。為了達到圖樣設計精度要求，加工過程必須對其采用多次定性處理；同時每次車削量不能太大，否則切削過程中產生的熱量容易使已加工合格的尺寸受切削熱影響而超差報廢。

圖1　外殼示意圖

2. 工藝分析

該零件屬于薄壁錐度工件，加工過程中不能直接夾持工件外圓，需加長工件為后續加工的夾持或定位做工藝頭。綜合外殼的特點，對其形成以下工藝路線：備料→粗車→定性1→半精車1→定性2→半精車2→銑車→線切割1→定性3→精車1→加工中心→線切割2→精車2→鉗工→表面處理。下面各工序以有工藝頭的外殼（見圖2）來進行工藝分析。

（1）備料：直徑為125mm、長度為146mm的毛坯料。

（2）粗車：粗車時加工余量大，車削過程中需要加冷卻液冷卻，車削時按圖2所示尺寸各直邊處留量3.0～3.5mm，110mm兩直邊外圓車成φ124mm，φ48mm

內錐按照最小端處留量2mm（即車成φ30mm），外錐φ88mm處按照最大端留量3mm（注意錐面留量時，內孔按照小端尺寸留量，外圓按照大端尺寸留量，保證后續加工有余量）。

圖2　有工藝頭的外殼示意圖

（3）定性1（油煮）：粗車加工余量較大，定性時間長，控制在48h以上，為了保證LY12-cz原材料的機械性能，定性的溫度控制在100～120℃，使粗加工產生的切削應力減小，使零件內部組織重新分布以減小變形。

（4）半精車1：由于工件壁薄不能直接夾持工件外圓，夾持工藝頭（此處工藝頭φ108mm車成φ110mm）車削φmm外圓，此處車削成φ101h7，要求φ101h7一致性控制在0.03mm以內，其余各直邊外圓雙邊留量2mm，車削外錐面時按15°錐面雙邊留量2.0～2.5mm。首先夾持工藝頭同次車φ101h7外圓和與其相接的右大端面，保證右端面與φ1 0 1 h 7外圓垂直度小于0.02mm；其次用開口鑄鐵套按照圖3所示方法裝夾（其中開口鑄鐵套如圖4所示，先同次車削φ101H7孔和19mm右端面，且保證兩者的垂直度在0.02mm以內；以孔為基準車削φ111mm外圓和20mm左端面，垂直度在0.02mm以內；最后銑寬1mm的開口槽，即開口鑄鐵套加工完成），用φ101H7孔和19mm右端面定位鏜零件各內孔，鏜各直邊處內孔按直徑雙邊留量1.2～1.5mm，鏜內錐孔按10°錐面雙邊留量2mm。此處利用開口鑄鐵套輔助夾持工件，使工件外圓夾緊力均勻，工件受力減小，變形也減??；同時加工過程中定位基準相同，保證了加工各孔尺寸的一致性。此處加工φmm和φmm孔分別車削成φ88.5H8和φ68.5H8，成為加工基準、為后續加工做的定位。

（5）定性2：對工件再次定性減小加工過程中產生的應力，降低工件各處變形影響，與定性1不同的是，此次定性控制在24～26h即可。

圖3

圖4　開口鑄鐵套

（6）半精車2：加工方法與半精車1工序相同，不同的是此處加工余量較小，加工前先找正基準，加工本道工序時按成品尺寸給下道工序留0.8～1.0mm余量。車削時本道工序特別注意加長頭φ108mm外圓和尺寸7mm左端面同次車成，且保證外圓與端面垂直度小于0.015mm。此處110mm

兩直邊外圓車成φ122mm。

（7）銑車：以圖2中尺寸7m m左端面和φ108h8外圓為基準對稱壓緊加長頭11m m的右端面如圖5所示。首先，對稱銑φ122mm外圓成110mm寬兩直邊，且兩直邊面平行度小于0.02mm；其次，保證距成活中心距尺寸為88mm處在φ56mm外圓中間處打φ24mm錐孔成φ22mm直孔。

圖5

（8）線切割：夾持尺寸1 1 0 m m兩直邊保證距成活中心距為1 0 5 . 1 6 m m（即103.16mm+2mm，其中2mm為后序的加工余量）處切45°直邊。切直邊時注意其與φ22mm孔位置關系。

（9）定性3：對工件進行第三次定性處理，又再一次使切削力釋放，工件內部應力再進一步減小，此時定性24h，溫度同樣控制在100～120℃。

各內孔和內端面全部合格后取下工件。然后再利用圖9所示定位心軸壓蓋工裝，將工件以φm m孔和（2 2 . 6± 0.02）mm的右端面定位裝到圖9所示定位心軸φ70h6外圓上，并通過定位心軸右端面限定工件（22.6±0.02）mm的右內端面；同時，由于外殼屬于薄壁零件，不能直接壓在工件的右端面，而是采用定位壓蓋直接壓在與定位心軸貼實的工件右端面上，解決了工件受力而變形的問題。最后通過螺釘壓緊工件。車削時用定位心軸右端面對刀確定車削余量后再車削15°±1′外錐面和工件（22.6±0.02）mm左端面，每次車削量控制在0.2～0.3mm，這樣既能防止工件變形，同時又能達到零件的表面粗糙度質量要求。用定位心軸右端面定位既是外殼的加工定位基準，又是對刀基準，形成定位與加工基準統一，使尺寸（22.6±0.02）mm一致性在0.01mm以內，精準達到圖樣設計尺寸和精度要求。

圖6　心軸

圖7　壓蓋

圖8

（11）加工中心（立式加工中心）：加工該工件時首先將加

工中心機床附件圓轉臺（也叫分度盤）固定在加工中心工作臺面上；其次將平口鉗按照如圖10所示用壓板和螺栓固定在圓轉臺的臺面上，固定平口鉗時必須拉直平口鉗的定口鉗平面在0.01mm以內，作為固定工件的定位基準；最后用平口鉗夾持110mm兩直邊，夾持工件時首要是找正φmm和φ56mm外圓直徑某一母線的直線性在0.015mm以內，保證夾持工件中心平面與平口鉗的鉗口垂直。加工時用尺寸mm右端面對刀保證距成活左端面中心距（88±0.03）mm要求后同一次鏜φm m孔、φ24mm孔和20°錐孔及各孔深度尺寸達設計要求，通過同一基準面對刀保證尺寸一致性在0.02mm以內。此錐孔加工完成后，將圓轉臺工作臺面旋轉-135°（見圖11），精鏜45°斜面上φmm和φ59mm孔及各孔深度，加工各孔全部合格，并同次銑45°斜面，保證距零件成活左端面中心距為（103.16±0.05）mm。此處加工中心鏜孔和銑削面時吃刀量控制在0.2～0.3mm，防止工件受切削熱或工件受力變形而報廢。

（13）精車2：再次利用定位心軸壓蓋工裝（見圖9），并按照圖示方法裝夾工件固定在車床上，車削左端面保證外殼總長144mm和精度要求。

（14）鉗工、表面處理……按照這種工藝路線加工的外殼零件達到了圖樣設計要求，零件各尺寸、各形位公差和表面粗糙度全部滿足要求，外殼交付給用戶使用合格。

圖9

圖10

3. 結語

本文通過多次定性處理解決了LY12-cz加工中易變形的難題，對如外殼這樣的薄壁錐度工件采用多道工序逐步加工的方法，并利用工藝優化方法，采用工藝頭和輔助工裝的辦法，配以高精度的加工設備加工其各外圓、各孔、各端面及各錐面尺寸，全部達到圖樣設計的精度要

求，同時也達到了形位公差和表面粗糙度要求，使薄壁錐度零件滿足使用要求，得到了用戶的好評。

圖11

參考文獻：

[1] 陳宏鈞. 實用機械加工工藝手冊[M]. 北京：機械工業出版社，2009.

[2] 李益民. 機械制造工藝設計簡明手冊[M]. 北京：機械工業出版社，1994.

[3] 王先逵. 機械制造工藝學[M]. 北京：機械工業出版社，2006.

[4] 楊豐，宋宏明. 數控加工工藝[M]. 北京：機械工業出版社，2010：144-173.

[5] 徐建高. FANUC數控銑床（加工中心）編程與操作實用教程[M]. 北京：化學工業出版社，2007：9-64.

[6] 王霄. 數控加工工藝學[M]. 北京：化學工業出版社，2007：264-312.

[7] 樂兌謙. 金屬切削刀具[M]. 北京：機械工業出版社，2005：38-54.

[8] 張明建，楊世成. 數控加工工藝規劃[M]. 北京：清華大學出版社，2009：21-32.

[9] 楊峻峰. 機床與夾具[M]. 北京：清華大學出版社，2005：15-63.

專家點評

文中的這種工件屬于薄壁工件，加工難度較大，作者提供了一些輔助工裝，有效地解決了裝夾和加工變形的問題，對讀者有一定的指導意義。

收稿日期：（20150525）