一種薄壁發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)蓋的數(shù)控加工工藝研究

馮昊

摘要：薄壁零件是指由殼或者薄型板和加強(qiáng)筋構(gòu)成的較輕的結(jié)構(gòu)，特點(diǎn)是造型美觀、重量輕、壁薄、整體強(qiáng)度高，在產(chǎn)品中應(yīng)用廣泛。本文針對(duì)一種新型全地形車發(fā)動(dòng)機(jī)箱體的機(jī)蓋進(jìn)行設(shè)計(jì)驗(yàn)證加工，解決了發(fā)動(dòng)機(jī)箱體機(jī)蓋在加工中由于腔深壁薄產(chǎn)生的加工振刀問題和由于復(fù)雜的機(jī)蓋形狀所存在的裝夾定位問題。通過優(yōu)化加工刀路、選擇合適刀具、采用深腔填充、依據(jù)輪廓銑定位片的工藝手段，保證了發(fā)動(dòng)機(jī)箱體機(jī)蓋的產(chǎn)品質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：機(jī)蓋;薄壁件;加工工藝

0? 引言

深腔薄壁零件在機(jī)械加工中屬于難加工零件，由于薄壁的特點(diǎn)，導(dǎo)致加工時(shí)零件剛性不足，在切削力的作用下極容易產(chǎn)生變形，造成產(chǎn)品不合格。新型全地形車發(fā)動(dòng)機(jī)箱體的機(jī)蓋就是典型的深腔薄壁類零件，是發(fā)動(dòng)機(jī)箱體的關(guān)鍵零件，機(jī)蓋的加工質(zhì)量影響到發(fā)動(dòng)機(jī)的密封和防塵性能。為了驗(yàn)證發(fā)動(dòng)機(jī)箱體設(shè)計(jì)是否合理，是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求，需要試制加工進(jìn)行驗(yàn)證，從而修改設(shè)計(jì)中的不合理結(jié)構(gòu)，避免開模量產(chǎn)后出現(xiàn)不可挽回的損失。

1? 圖紙分析

以圖1的零件所示為例，該發(fā)動(dòng)機(jī)箱體機(jī)蓋由曲面構(gòu)成圓弧過渡，采用銷定位面接觸的方式與發(fā)動(dòng)機(jī)箱體通過10顆M6內(nèi)六角螺釘擰緊相連。機(jī)蓋需要加工的曲面較多，由深腔和螺釘孔和銷孔組成。機(jī)蓋薄壁厚度4mm，腔體最深處103.5mm，底部合箱面有平面度要求，要保證深腔的輪廓尺寸和相互位置尺寸，是典型的深腔薄壁零件。機(jī)蓋需要兩面加工，存在的難點(diǎn)是該機(jī)蓋屬于首件產(chǎn)品試制加工，毛坯為6061鋁合金420×250×110，沒有專用夾具，因此要考慮翻面加工時(shí)的裝夾定位與薄壁加工變形的問題。

2? 加工難點(diǎn)及解決辦法

2.1 控制切削力，減小工件變形

①采用高速加工方法和合理的切削用量。研究表明，切削力會(huì)隨著切削速度提高而降低。對(duì)于薄壁零件，可以采用較高的切削速度以減小切削力，從而控制薄壁變形。加工參數(shù)的設(shè)置采用“少吃快跑”的加工方式，即選用較小的背吃刀量和較快的進(jìn)給速度。②改進(jìn)走刀方式。采用鋁合金專用加工刀具，在計(jì)算機(jī)自動(dòng)編程時(shí)，不同的刀具切削路徑對(duì)加工效率、刀具壽命、工件表面質(zhì)量、切削變形都產(chǎn)生影響。粗加工以加工效率為主要考量，快速去除加工余量，采用等高加工的切削策略，平行切削，從工件外進(jìn)刀。精加工時(shí)，選用較小的切削間距和合適的進(jìn)給速度，能夠保證零件的表面質(zhì)量，避免產(chǎn)生振動(dòng)。

2.2 提高機(jī)蓋自身剛性，采用填充料

機(jī)蓋屬于典型深腔薄壁零件，壁厚只有4mm，為提高機(jī)蓋加工時(shí)的剛性減少加工變形，采用填充的方式進(jìn)行加工。

2.2.1 填充料的選擇

作為加工用填充料應(yīng)具有較好的流動(dòng)性、凝固后較小的變形系數(shù)、能在切削熱的作用下依然保持足夠強(qiáng)度。常用填充料有鉛、石蠟、低溫合金、錫、石膏等。錫、鉛的熔點(diǎn)高，填充操作困難。石蠟和低溫合金熔點(diǎn)低，在加工中容易受切削熱影響融化變形失去作用。半水石膏又稱熟石膏，具有凝結(jié)硬化快、具有微膨脹性、孔隙率大、耐水性差、可塑性好、抗火性好的特性。可用于石膏繃帶、制作石膏模型、粉筆、工藝品、建筑材料。而且，半水石膏價(jià)格低廉，可以作為良好的填充料來使用。

2.2.2 填充方式及去除方式

石膏粉加水?dāng)嚢瑁壤s為7：3進(jìn)行混合，將攪拌好的石膏漿導(dǎo)入深腔中，注漿過程中盡量避免產(chǎn)生氣泡，采用振動(dòng)的方法可以排除氣泡。注意注漿平面要略低于工件表面，避免機(jī)蓋在翻面加工時(shí)由于硬化石膏突出而影響定位裝夾。待石膏迅速硬化后對(duì)機(jī)蓋腔體形成穩(wěn)定可靠的支撐即可進(jìn)行翻面加工。加工完畢后卸下工件，以敲擊石膏的方式即可去除填充料。

2.3 機(jī)蓋翻面加工定位裝夾問題，采用銑定位片定位，膠粘夾緊

機(jī)蓋翻面加工時(shí)，定位及夾緊是難題。由于機(jī)蓋特殊的輪廓和結(jié)構(gòu)，無法采用平口鉗直接裝夾，因此考慮采用銑定位片的方式完成翻面加工定位問題。首先將石膏粉均勻鋪灑在合箱面，機(jī)蓋放置于機(jī)床工作臺(tái)合適加工位置對(duì)刀設(shè)定坐標(biāo)系，輕敲擊機(jī)蓋并將機(jī)蓋從工作臺(tái)取下，此時(shí)工作臺(tái)上顯示出機(jī)蓋合箱面內(nèi)輪廓形狀。然后取尼龍薄片若干并用專用模具膠水粘在工作臺(tái)上分布于內(nèi)輪廓處，根據(jù)機(jī)蓋內(nèi)輪廓形狀將尼龍薄片進(jìn)行加工，加工過后的尼龍薄片與機(jī)蓋內(nèi)輪廓吻合，剛好可嵌于機(jī)蓋內(nèi)輪廓內(nèi)測(cè)完成機(jī)蓋定位。機(jī)蓋的夾緊采用專用模具膠水涂于合箱面，此處應(yīng)注意保持粘接面干凈清潔，保證粘黏牢靠。工件加工完畢拆卸時(shí)，使用除膠劑即可輕松取下工件。

尼龍薄片粘貼方式見圖2。

3? 數(shù)控加工工藝安排

根據(jù)機(jī)蓋結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，使用加工中心完成機(jī)蓋的加工。加工工藝安排為：粗銑機(jī)蓋內(nèi)腔;精銑機(jī)蓋內(nèi)腔;機(jī)蓋翻面，粗加工外表面;精加工外表面。

3.1 粗銑機(jī)蓋內(nèi)腔

使用壓板將毛坯壓緊于工作臺(tái)上，對(duì)刀設(shè)置工件坐標(biāo)系，以毛坯表面下降1mm作為Z0，？準(zhǔn)20可轉(zhuǎn)位銑刀采用等高加工策略粗銑內(nèi)腔，層高1mm，留余量0.5mm。

3.2 精銑機(jī)蓋內(nèi)腔

用？準(zhǔn)16R0.8的圓鼻銑刀采用等高加工策略精銑型腔，層高0.3mm。加工結(jié)束換？準(zhǔn)10R0.8的圓鼻銑刀采用殘料加工進(jìn)行清角去除殘料。換？準(zhǔn)20的銑刀精加工毛坯表面1mm，精銑合箱面。用？準(zhǔn)6的定心鉆鉆中心孔，？準(zhǔn)5.8的鉆頭鉆底孔，？準(zhǔn)6鉸刀精鉸定位銷孔，擴(kuò)？準(zhǔn)6.5沉頭孔。最后用？準(zhǔn)4的銑刀依照機(jī)蓋合箱面外輪廓銑深度為1mm的槽，這樣可使翻面加工時(shí)合箱面外輪廓清角。

3.3 機(jī)蓋翻面，粗加工外表面

按照石膏粉與水比例7：3制備石膏漿，填充在已加工完成的機(jī)蓋內(nèi)腔里，注漿是可以使用振動(dòng)的方式將氣泡排出，待石膏硬化后備用。清理工作臺(tái)及工件，保證合箱面與工作臺(tái)面清潔無油污，選取若干尼龍薄片依照機(jī)蓋內(nèi)腔形狀使用專用模具膠水分布粘貼在工作臺(tái)上，以此為基準(zhǔn)確定工件坐標(biāo)系，以工作臺(tái)表面為Z0表面。在工作臺(tái)表面與機(jī)蓋合箱面接觸面上滴模具專用膠水，利用膠水將機(jī)蓋牢牢粘于工作臺(tái)表面。使用？準(zhǔn)20可轉(zhuǎn)位銑刀采用等高加工策略粗銑機(jī)蓋外側(cè)曲面，層高1mm，留余量0.5mm。

3.4 精加工外表面

使用Φ16R0.8的圓鼻銑刀采用等高策略精銑外表面，層高0.3。角度大于0小于45的緩平面采用流線策略單獨(dú)精加工。加工結(jié)束換？準(zhǔn)10R0.8的圓鼻銑刀采用殘料加工進(jìn)行清角去除殘料。

3.5 機(jī)蓋后處理

加工完畢后使用專用除膠噴劑噴與粘膠處，待膠融化失效即可拆除工件。填充于機(jī)蓋內(nèi)腔的石膏輕輕敲擊即可從機(jī)蓋內(nèi)腔脫落。

4? 結(jié)束語

以上對(duì)新型全地形車發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)蓋的加工工藝分析，在產(chǎn)品試制首件試切沒有專用夾具的情況下，通過采用對(duì)薄壁內(nèi)腔進(jìn)行填充提高加工剛性的方法，控制加工變形;通過采用尼龍薄片依照機(jī)蓋內(nèi)輪廓形狀進(jìn)行工件定位的方法精確定位，從而保證了產(chǎn)品加工精度。此方法可以應(yīng)用于同類型薄壁深腔零件的單件生產(chǎn)，提供了有益的借鑒。

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