不銹鋼薄壁精密件的加工工藝分析及夾具設計

文志成 羅華 唐杰 陳光源

關鍵詞：薄壁精密件;工藝分析;夾具設計

一、引言

隨著科學技術的飛快發展，各個領域對零部件的加工精度要求越來越高，對產品結構件的性能提出了更高的標準。薄壁復雜零件因為它具有重量輕，節約材料，結構緊湊等特點已日益被越來越多的應用于高新技術等領域，并經常被用于特殊環境和特殊裝備中。但為達到減重、薄壁、高強度的效果，薄壁件通常使用綜合性能要求更高的材料制造，與此同時產生加工變形的原因又變得更加多種多樣，而這些因素之間又相互影響和制約。針對實際生產過程中結構件加工變形問題，本文通過不銹鋼薄壁精密件的加工工藝分析為案例，對現有加工藝進行改進，設計了一種利用數控車削代替數控銑削的機加工夾具。該夾具能準確快速的裝夾定位、降低切削力對薄壁件的沖擊，做到有效防止切削受力引發薄壁件加工變形，保障零件加工的質量可控性，達到提高加工效率。

二、不銹鋼薄壁精密件的加工工藝分析

1.不銹鋼薄壁精密零件圖樣的分析

該薄壁精密件為不銹鋼材料，通過對圖1所示的零件圖進行分析可知，該薄壁精密件單邊最厚為0.75mm、最薄處為0.5mm，并且同軸度與垂直度要求較高;薄壁件邊緣上有三段不均衡的圓弧。

圖2所示為壁精密件加工部位，零件的D、E、F是三段不均衡圓弧待加工部位，三個圓孔G、H、I在同一直徑圓上不等分分布，A、B、c、J是加工的內外圓柱面，J圓柱面壁厚比較薄。現有加工該零件通用的方法是：1.采用三爪卡盤裝夾后在數控車床車削加完成A、B內外圓柱面;2.通過漲力心軸以A內圓柱面為基準固定，車削加完成C、J兩處外圓柱面;3.通過漲力心軸以A內圓柱面為基準固定，在數控銑床上銑削完成D、E、F三段圓弧和G、H、I三個圓孔。該加工方法為了保障零件的形位公差，每裝夾一次都需要用百分表校正裝夾定位精度，校正耗費時間長，造成加工效率低;在銑削D、E、F三段圓弧時，由于三段圓弧不均衡分布，銑削過程中產生的不均衡銑削力對薄壁件的沖擊極易引發薄壁件加工變形，在現實加工中該原因也是該零件在生產過程中產生廢品率最高的工序。如何有效防止受力不均衡引發薄壁件加工變形，同時做到快速裝夾與校正零件，提高加工質量的可控性，降低廢品率，是該零件加工需要解決的主要技術難題。

2.加工工藝分析

鑒于對上述不銹鋼薄壁精密件加工遇到的技術難題，目前數控加工設備、刀具及加工方法只要選擇得當對加工此類零件從技術層面分析是不存在太大技術難度，但要預防在加工過程中受力不均衡引發薄壁件加工變形，同時提高加工質量的可控性，則要通過有效的加工工藝改進，降低不均衡切削力對薄壁件的受力沖擊，防止受力不均衡引發薄壁件加工變形。

在此該不銹鋼薄壁精密件選用哈挺EU42M車削加工中心進行加工，利用哈挺EU42M車削加工中心主軸做為動力加工A、B、C、J的內外圓柱面，用主軸卡盤做為固定裝夾并實現分度、利用刀架動力頭作為動力加工G、H、I三個圓孔，通過設計與制作一個專用夾具來滿足加ID、E、F三段不均衡圓弧，此方法可以有效實現以車代銑，減少裝夾次數，降低裝夾造成的誤差。

3.薄壁精密件機加工夾具設計與制作

該不銹鋼薄壁精密件機加工夾具設計原理：在裝夾固定盤中部設有用于安裝零件固定螺紋柱的階梯孔，裝夾固定盤上表面設有三個位于階梯孔周緣的薄壁件限位孔，薄壁件限位孔的周緣設有零件定位銷孔。零件固定壓緊盤中部設有定位孔，零件固定壓緊盤在與三個薄壁件限位孔相對應的位置分別設有圓弧形的讓位凹槽，待加工零件定位在薄壁件限位孔中，待加工零件的加工邊緣方向由薄壁件限位孔周緣的定位銷孔通過零件定位銷定位，零件固定螺紋柱由階梯孔底端向上延伸，零件固定壓緊盤套在零件固定螺紋柱外并位于待加工零件的上端表面，固定螺母由零件固定螺紋柱上端向下旋鈕向下壓緊零件固定壓緊盤，使零件固定壓緊盤緊壓在待加工零件上表面。該設計簡化了裝夾工序、實現快速裝夾與校正、有效防止加工受力引發薄壁件加工變形、降低操作人員的裝夾難度。

4.薄壁精密件機加工夾具的應用技術方案

待加工薄壁精密件定位在薄壁件限位孔中，薄壁精密件的銷孔與裝夾固定盤上的零件定位銷孔一一對應，并裝上零件定位銷，零件定位銷定位在待加工零件的銷孔與薄壁件限位孔周緣的零件定位銷孔中，利用薄壁精密件的銷孔為基準與機加工夾具的零件定位銷配合限制待加工零件的前后左右位置及轉動自由度，再利用薄壁精密件的薄壁外圓與機加工夾具的薄壁件限位孔裝配限制待加工零件的上下自由度。零件固定螺紋柱由裝夾固定盤階梯孔底端向上延伸且頂端穿出階梯孔，零件固定壓緊盤通過定位孔定位在零件固定螺紋柱中段定位部外并壓在待加工零件的上端表面，固定螺母與零件固定螺紋柱的上段固定部相配合，固定螺母由上向下壓在零件固定壓緊盤上表面，使得零件固定壓緊盤緊壓在薄壁精密件上表面。利用機加工夾具的零件固定壓緊盤壓緊薄壁精密件的連帽從而固定待加工零件，利用機加工夾具的固定螺母鎖緊薄壁精密件于機加工夾具的裝夾固定盤與零件固定壓緊盤之間，完成裝夾。以薄壁精密件邊緣上G、H、I三個圓孔對應定位D、E、F三段不均衡圓弧，裝夾一次在夾具里的三個零件分別對應完成一段圓弧加工，再將薄壁精密件依次對應圓弧邊裝夾，即可完成薄壁精密件邊緣上不均衡的三段圓弧加工。

三、結論

通過不銹鋼薄壁精密件的加工工藝分析，針對本薄壁精密件加工特點設計與制作機加工夾具，可使傳統的銑削加工不均衡圓弧改為車削加工，有效減少不均衡切削力對加工零件的沖擊，防止受力不均衡引發薄壁件加工變形，簡化裝夾工序、實現快速裝夾與校正、降低操作人員的裝夾難度。通過該薄壁精密件機加工夾具的應用，在企業實際生產應用中加工效率提高了30%。