一種薄壁弧形零件變形解決措施

劉超

摘 要：薄壁零件剛性差，加工易變形，加工難度大特點(diǎn)，以一種薄壁弧形零件加工為例，深入分析零件結(jié)構(gòu)，通過合理安排工藝流程、采用恰當(dāng)?shù)难b夾方法、合理選擇切削參數(shù)，并根據(jù)實(shí)際加工情況進(jìn)行改進(jìn)等方式。

關(guān)鍵詞：薄壁零件;加工變形;機(jī)械加工

一、引言

在航空航天領(lǐng)域中為減輕產(chǎn)品質(zhì)量而大量采用整體薄壁結(jié)構(gòu)件，這些結(jié)構(gòu)件通常形狀復(fù)雜，外形精度要求高，零件外廓尺寸相對(duì)截面尺寸較大、剛度低，加工工藝性差，由于薄壁零件加工去除余量大，毛坯材料在加工過程中逐漸被去除，應(yīng)力釋放后必然引起零件變形，另外在切削力、切削熱、切削振動(dòng)等因素影響下，極易產(chǎn)生加工變形，造成壁厚厚度不均，零件超差。薄壁零件因零件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，加工過程中不可避免的會(huì)產(chǎn)生變形，加工變形一直是薄壁零件加工中的難點(diǎn)。本文就以一種薄壁零件為例，詳細(xì)闡述該薄壁零件的加工工藝方法，變形解決措施。

二、難點(diǎn)分析

2.1材料難加工

零件材料為0Cr17Ni4Cu4Nb合金鋼，材料的加工特性如下：切削變形大，且不易斷屑;加工硬化大：硬化程度可達(dá)240%～320%，且前一走刀或前一工序產(chǎn)生的硬化現(xiàn)象在后續(xù)加工中累積，這是加工時(shí)的主要難點(diǎn)所在。

2.2結(jié)構(gòu)易變形

零件加工去除余量大，毛坯材料在加工過程中逐漸被挖空，加工過程中應(yīng)力釋放后必然引起零件變形。零件壁厚薄，零件外廓尺寸相對(duì)截面尺寸較大、剛度低，加工工藝性差，在切削力、切削熱、切削顫振等因素影響下，極易產(chǎn)生變形，壁厚厚度不均，造成零件尺寸超差，加工精度和表面質(zhì)量難以保證，加工難度大。

2.3裝夾不便

零件外形為圓弧、斜邊組成的異形形狀，不便于裝夾定位，零件加工要素多，需進(jìn)行多次裝夾找正才能將各要素加工出，零件加工中的裝夾也是加工過程中需要解決的難題。

三、解決方法

3.1 合理安排工藝流程

該零件原材料為棒料，加工中要去除掉大部分材料。因零件壁厚薄、材料難加工，將零件主要表面的加工由線切割機(jī)床進(jìn)行，能最大限度防止加工變形，并能減少刀具消耗。同時(shí)遵循工序安排 “先粗后精”“基準(zhǔn)先行”的原則，最終確定該零件具體工藝流程安排如下：熱處理→銑→數(shù)銑（鉆定位孔）→粗車（內(nèi)圓弧面）→磨→精車（內(nèi)圓弧面）→線切割（外圓弧面、外形）→數(shù)銑（銑外形、鉆孔）→鏜（鉆圓弧面孔）→鉗（去毛刺）。

3.2 選擇合理裝夾方式

零件外弧面和外形的加工時(shí)，可仍以零件一個(gè)厚度面和兩個(gè)銷孔裝夾定位進(jìn)行加工，確定零件外圓弧與車加工內(nèi)圓弧的距離，保證壁厚尺寸。因需使用零件上的兩個(gè)工藝銷孔定位，線切割切割時(shí)不能采用切割零件外形一圈將零件割出，需先加工出外圓弧面，然后以外圓弧面定位加工斜邊和直邊，分兩次裝夾才能將外形全部加工出，采用裝夾方式如圖2、圖3所示。

但因零件壁厚薄，車加工后零件不可避免的產(chǎn)生變形，自然狀態(tài)下零件厚度面由平面變彎曲，線切割工序加工時(shí)采用與上道工序相同的一面兩銷定位方式，理論上符合基準(zhǔn)統(tǒng)一、基準(zhǔn)重合的原則，但實(shí)際因?yàn)榱慵诒?，車加工后零件定位面已產(chǎn)生變形，經(jīng)過粗車、磨、精車工序的定位銷孔與零件外形產(chǎn)生扭曲、與零件厚度方向不垂直。車加工所用定位銷孔已產(chǎn)生變形，線切割割外圓弧時(shí)仍以車加工使用的一面兩銷定位會(huì)產(chǎn)生角度偏差，形成較大的定位誤差，直接影響線切割加工精度，實(shí)際加工時(shí)也確實(shí)存在以此方式裝夾定位加工時(shí)壁厚尺寸不均、偏差較大問題。

改進(jìn)的方案使該零件在加工中定位裝夾可靠，有效保證零件圓弧面的加工質(zhì)量。但是根據(jù)后道工序鏜的加工結(jié)果，位于圓弧面上的孔孔距尺寸有明顯超差現(xiàn)象。查證后工序孔距超差的原因，為蓋板圓弧面與斜邊外形為兩次裝夾定位加工，存在圓弧中心與外形中心不重合情況和鉗工去線切割燒蝕層打磨量大，打磨后零件表面不平整。于是再次改進(jìn)工裝和裝夾方式，保證圓弧面與斜邊外形一次裝夾加工和線切割加工時(shí)外形整體留0.3余量由數(shù)銑進(jìn)行圓弧面精加工替代鉗工打磨。

圓弧面與斜邊外形不是一次裝夾加工，對(duì)夾具進(jìn)行第二次改進(jìn)，在夾具兩端增加退絲槽，零件線切割加工時(shí)可一次裝夾加工圓弧面、斜邊外形，并加工出兩條直邊用于數(shù)銑工序找正，裝夾方式如圖5 所示、零件加工狀態(tài)如圖6所示。

線切割工序加工時(shí)零件外形均留有余量0.3，后續(xù)銑工序找直蓋板兩條20長(zhǎng)直邊，換壓板裝夾一次銑削出零件圓弧面、斜邊外形，保證壁厚、外形尺寸。

改進(jìn)后零件外形加工情況良好，零件壁厚滿足要求，未對(duì)后續(xù)工序產(chǎn)生影響，保證了零件技術(shù)要求。

四、總結(jié)

本文以某薄壁蓋板零件加工為例，根據(jù)零件的結(jié)構(gòu)，合理安排工序流程、預(yù)留恰當(dāng)?shù)募庸び嗔?、采用合適的裝夾方式，并根據(jù)實(shí)際加工情況進(jìn)行改進(jìn)，最終滿足零件加工要求，解決了該零件的加工難題，并為薄壁零件的加工研究積累了一定的經(jīng)驗(yàn)。

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