簿壁殼體零件加工工藝及夾具設計研究

何寶峰

陜西法士特齒輪有限責任公司

簿壁殼體零件加工工藝及夾具設計研究

何寶峰

陜西法士特齒輪有限責任公司

薄壁殼體零件廣泛應用于航空航天工業中，由于其弱剛度、易變形的特點，導致對其加工變形的控制一直是個難點。國內外對該類型變形的研究主要集中在：工件力學特性與結構特點、加工進給參數選擇、加工殘余應力對產品形變的影響等。本文主要就對鋁合金簿壁殼體零件加工工藝及夾具設計進行分析和探討。

簿壁殼體零件；加工工藝；夾具設計

1 簿壁殼體零件加工工藝

1.1 分析鋁合金材料特性，優化機械加工基準選取

機械加工人員在進行零件加工操作前，需對鋁合金材料的韌性、粘附性、相應的塑性以及應用環節加以分析，從而避免在加工過程中出現零件變形、表面劃傷、刀瘤等現象，提升鋁合金簿壁殼體零件機械加工的效率與質量。同時機械加工人員需優化加工基準的選取，應盡可能地選取平整度、光潔度較好且面積較大的粗基準，并對其進行處理，使基準面更為平整。若發現粗基準存在毛刺、飛邊、以及澆冒口材料等凸起部分，需及時地進行清理，在確認后期加工過程中能夠進行準確定位后，將粗基準夾緊。

1.2 注重機械粗加工過程

尺寸和表面粗糙度不精準的鋁合金零件，難以達到高要求，所以要求機械加工人員在進行加工的時候，要對形狀繁復的鋁合金零件進行加工余量處理。在加工鋁合金材料時，鋁合金材料會進行摩擦，從而使鋁合金零件的表面晶粒出現錯位變形以及硬化的現象。而產生的熱量在切削中也會導致變形，使鋁合金零件加工的尺寸之間出現誤差，更有加工鋁合金零件出現變形的狀況。所以，針對以上出現的問題，加工人員可以使用銃刨加工方法，可運用進給量適當、切削深淺度以及轉速不高的方法進行，保證加工的鋁合金零件尺寸達到標準。而在進行復雜鋁合金零件加工時，加工人員采用冷卻液和鏜床進行粗加工，不會出現切削熱量影響加工精準度的現象。此外，對于特殊的較大壁厚度的鋁合金零件，多采用低溫熱處的方法進行處理。熱處理即將零件進行切削，使組織結構的精度發生變化，通過切削的作用，零件內有了應力值較大的殘余應力。故運用低溫退火方式處理零件變形，釋放材料殘余應力。

1.3 注重精加工成型過程

機械加工人要使用精加工方法，達到加工零件精準尺寸和粗糙度符合設備的標準。在加工同時還應當注意融合鋁合金材料的特性，選用設備零件精準度高的加工辦法。在一般情況下，加工人員以數顯銃床、鏜床和加工中心為主要方法運用。在進行精加工時，要挑選切削速度不慢的設備彌補加工余量不足的鋁合金材料。同時還應當注意選擇粗刀桿的刀具，保證達到刀具的剛度要求，彌補切削中振動影響機械加工精度的問題。機械加工人員進行工件裝夾的時候，不能出現縮減裝夾次數過多的情況，最好能夠一步到位定位成型，使得夾緊力降低，從而彌補人為因素帶來的誤差問題。

刃前產生高度的溫度，切削雖然能夠消散大量熱量，但是由于鋁合金熔點太低，會造成刃前區出現半融化情況，所以機械加工人員在切削過程中應當注意切削速度。切削速度不能過快，避免造成切削熱量過大，熱量不能及時消除的情況。機械加工人員可以使用有良好的潤滑性、冷卻性能好、粘稠度不高的切削液進行機械加工，避免出現加工零件在大量高溫的影響，使得加工零件強度降低，鋁合金零件出現凹凸現象。而好的潤滑性、冷卻性能好、粘稠度不高的切削液能降低切削熱量，也能夠使刀具潤滑，還能夠使零件變形問題得到大范圍的解決。

2 夾具設計

2.1 產品定位

根據零件加工工藝技術要求結合產品結構特性，零件加工時以測量基準面作為定位面，以經過預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，這就限制住了產品的六個自由度，實現完全定位。

2.2 夾具設計步驟

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

2.3 夾具設計

根據以往的設計辦法，對該零件加工夾具進行設計。因為被夾物體是毛坯件，所要求的精度較低，所以可以用2個浮動定位銷，3個輔助支撐、3個支撐釘。再根據實際情況在夾具上選取3個適合作為壓緊點的部位用氣缸壓緊，將完成的夾具對若干個毛坯件進行測試。

根據測量結果，其中有三個點的平面度嚴重不符合設計圖紙的要求，發生了很大形變。究其原因，是這三處并沒有實行加強保護措施，夾具距離較遠，壓緊力超出了承受范圍。

2.4 夾具改進設計

改進主要是有效解決零件形變問題，在零件形變區域加上加強筋用來固定。改進后的夾具與原有相比，增加了一個壓緊點，且對三個輔助支撐位進行了適當調整。改進后再次進行測試。

根據測試結果，只有一個位置的平面度不符合要求，其余全部符合標準。改進前的分析：主要原因是人工輔助支撐錯誤，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支撐，盡可能地避免人為因素所產生的錯誤。將改進前的夾具上的手動輔助支撐全部換位氣動，隨后再次進行測試。結果顯示，毛坯件平面度已全部符合圖紙設計要求。

2.5 刀具選擇

對已經完成加工的零件進行粗糙度測量，該零件表面的粗糙度為Ral.6，粗糙度嚴重不符合設計標準，需對加工工序進行改變。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，加工過程會引起零件震動，長時間加工會對刀具產生非常大的損傷，所以要將刀具改為硬質合金刀具，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，以有效減少加工過程中零件的震動。隨后對零件再次進行檢測，結果各項數據符合設計要求。

結語

鋁合金簿壁殼體零件的機械加工環節的綜合效益的提升，離不開其該零件加工系統內部各個環節的協調，這樣有利于保證日常工作的穩定開展，以滿足日常機械加工環節的需要。

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