鋁合金薄壁件的數(shù)控高速銑削試驗(yàn)研究

戴斌華

摘 要：本研究以B737-700梁間肋172A3406-2為例，對(duì)高速銑削條件下，分析結(jié)構(gòu)和材料的工藝性，確定工藝方案，切削參數(shù)及主要工序分析，針對(duì)性的模擬和產(chǎn)品試驗(yàn)分析，得出薄壁鋁合金結(jié)構(gòu)件工藝路線應(yīng)遵循原則等。

關(guān)鍵詞：鋁合金；薄壁；高速切削；工藝參數(shù)；工序分析

一、典型試件加工工藝設(shè)計(jì)分析

（一）零件的結(jié)構(gòu)和材料介紹

梁間肋，產(chǎn)品圖號(hào)：172A3406-2，材料為7075- T7351預(yù)拉伸板。產(chǎn)品結(jié)構(gòu)：輪廓尺寸1480mmx320mmx41.2mm，其緣板厚度1.016mm，腹板厚度0.635～0.62mm，緣板與腹板之間筋條厚度1.016mm。以腹板面為界兩邊的型腔側(cè)面分別是開斜面和閉斜面。

（二）零件的結(jié)構(gòu)和材料工藝性分析

7075-T7351預(yù)拉伸板，抗抗拉強(qiáng)度572MPa，度屈服點(diǎn)503 MPa，延伸率10%，洛氏硬度度HRC85-94，單位力765.2N/mm，屬于易削和產(chǎn)生積屑瘤。

零件結(jié)構(gòu)剛性在精加工時(shí)明顯不足，薄壁的變形和加工振顫須得到控制。工藝方案應(yīng)注意減少切削力和切削熱而引起的零件變形；減少刀具的磨損。

在高溫高速精加工型腔側(cè)壁，尤其是閉斜角處，刀具的振顫問題是關(guān)鍵。做好夾持和冷卻。

1、工藝方案分析

通過粗加工、半精加工來逐漸去除余量和釋放應(yīng)力，并通過對(duì)腹板兩面的型腔對(duì)稱加工來消化吸收應(yīng)力變形的影響，在一次裝夾加工中先內(nèi)形后外形加工。

2、切削參數(shù)及主要工序工藝分析

（1）切削參數(shù)的選擇

T—刀具壽命（分鐘），取T=60（分鐘），

Ar—每齒進(jìn)給量（mm）：精加工0.055-0.15；粗加工0.15-0.3；

A。—切削深度（mm）：精加工1-2；粗加工7-10；

Ae—切削寬度（mm）：：精加工1-2；粗加工10-D/2；

（2）主要工序工藝分析

2.1兩側(cè)緣板高度銑削

a、型腔粗銑：多層銑削減少變形，提高刀具耐用度

僅底刃和刀尖角R3及稍長(zhǎng)部分參與切削，側(cè)刃很少參與切削，保證側(cè)刃較少磨損，使粗銑和精銑可用同一把銑刀完成。提高進(jìn)給速度，減少刀具在零件局部停留時(shí)間，使產(chǎn)生的熱量大部分被切屑帶走，加工變形小。

通過對(duì)比試驗(yàn)得知：若每次A。=15mm，介500mm/分，連續(xù)加工2小時(shí)后刀具已變鈍，零件表面粗糙度Ra6.3；若每次AP=6mm，f=2550mm/分，連續(xù)加工4小時(shí)刀具仍完好，零件表面粗糙度Ra3.2。

經(jīng)過試驗(yàn)確定粗銑型腔時(shí)：銑刀直徑中Φ30時(shí)AP=6-8mm；銑刀直徑中Φ20時(shí)， AP≮6mm。.

b、型腔精銑：留余量0.5～lmm，一次銑削完成.

采用多層銑削，精加工余量確定為0.5～lmm。余量盡量選擇一次切削完成。精加工進(jìn)給速度是為了獲得較小的表面粗糙度Ra值，加工效率則是第二位的。

因此對(duì)型腔強(qiáng)的加工，宜采用粗加工分層，快速銑削，精加工一次完成的工藝技術(shù)措施。

2.2閉斜角內(nèi)形數(shù)控銑削

使用刀具Φ12.7 mm應(yīng)為五坐標(biāo)數(shù)控留下合適的加工余量。銑刀直徑僅Φ12.7 mm，太大的余量會(huì)使銑刀產(chǎn)生變形，在閉角處五坐標(biāo)加工刀尖應(yīng)離開腹板0.25 mm避免缺肉。

（3）工藝試驗(yàn)及結(jié)果分析

3.1模擬試驗(yàn)

分別加工了三個(gè)模擬件，試驗(yàn)證明：

a）切削型腔和腹壁時(shí)，刀具軌跡不允許來回重復(fù)，使刀具不碰傷暫時(shí)變形的切削面；

b）粗加工采取分層銑削，讓應(yīng)力均勻釋放；

c）下刀采用往復(fù)斜下刀方式，可以減少垂直切削分力對(duì)薄壁腹板的壓力；

d）并監(jiān)控刀具使用磨損，保證使用中刀具一致處于完好狀態(tài)

3.2“較高速”產(chǎn)品模擬試驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)論：

a）粗加工時(shí)Af可以加大未0.2～0.3，則f還可以加快；

b）刀具設(shè)計(jì)刃層必須鋒利，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，耐用度要符合工序要求；

c）走刀路線不重復(fù)，對(duì)控制在變形有力；

d）冷卻要充分，并使用真空夾具有效夾持。

（三）高速切削的實(shí)踐總結(jié)

高速切削加工鋁合金超薄結(jié)構(gòu)件梁間肋的經(jīng)驗(yàn)，已經(jīng)應(yīng)用于其他整體結(jié)構(gòu)數(shù)控加工之中，試驗(yàn)證明，只須控制在“較高速切削”狀態(tài)，就可取消對(duì)這些產(chǎn)品的校正工序，造出變形小，表面質(zhì)量高的產(chǎn)品。

鋁合金結(jié)構(gòu)件工藝路線應(yīng)遵循以下原則安排：

粗加工：先內(nèi)形后外形，先筋高后型腔；精加工：先外形后內(nèi)形，先腹壁后轉(zhuǎn)角。銑切厚度（A。）值，可選D/3-D2/，通常粗加工選7-5m m，在銑削寬度（Ap）較小情況下，銑削厚度可適當(dāng)增加。銑削寬度（Ap）粗銑時(shí)選用6-10，精加工時(shí)由于銑切厚度A。值已經(jīng)很小，通常為1一3nIIfl，Ap值可以加大。

根據(jù)不同零件類型和材料，對(duì)加工參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化處理是必要的。優(yōu)化過程的輸入數(shù)據(jù)為CATIA運(yùn)行之后的刀位文件CLFILE，在該文件中包含了所有數(shù)控加工的切削技術(shù)參數(shù)，經(jīng)過計(jì)算機(jī)進(jìn)行比較、模擬，通過切削參數(shù)數(shù)學(xué)模型，計(jì)算出機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速和進(jìn)給速度，對(duì)于曲線切削和拐角處，系統(tǒng)隨幾何形狀的改變而修正進(jìn)給速度，防止過切。切削參數(shù)數(shù)據(jù)的建立是工藝路線正確性的基礎(chǔ)，合理的加工順序編排，才能使切削參數(shù)數(shù)據(jù)庫發(fā)揮出優(yōu)選效率。若工藝路線及加工軌跡不合理，切削參數(shù)數(shù)據(jù)也就失去意義。

參考文獻(xiàn)：

[1]KahlesJF.highSPeedMachining，PossibilitiesandNeeds.AnnalsoftheCIRP，1978，27（2）：551一560

[2]Sehulz.S.hoek.High-SpeedMIllingofDiesandMoulds-CuttingConditionsandteelmology.AnnalsoftheCIRP，1995，44（l）：35-38

[3] 美國(guó)可切削數(shù)據(jù)中心編，機(jī)械加工切削數(shù)據(jù)手冊(cè)，機(jī)械工業(yè)出版社，1989。

[4]蔡復(fù)之等，實(shí)用數(shù)控加工技術(shù)，兵器工業(yè)出版社，1995.04。