環形薄壁鋁合金零件數控加工技術研究

牟文超

摘要：本文針對環形薄壁鋁合金零件數控加工的相關技術進行研究，提出一些有效的加工技術發展策略，既為每一個模塊都提供了充足的工作時間，保證了其實時性，又有效地避免了在轉速太高的條件下的大量數據被泄露，促進環形薄壁鋁合金零件數控加工技術不斷優化發展。通過分析了某類產品中的鋁合金薄壁盒體部件的技術需求及其結構和工藝特點，制訂出了恰當的工藝方案。提出了采用真空吸盤進行裝夾機械零件的一種工藝方法，解決了薄壁零件在生產工藝當中難裝夾，以及在加工時容易變形等問題。

關鍵詞：環形薄壁;鋁合金零件;數控加工

一、引言

機械加工中，薄壁型零件因其形狀復雜，并且其壁薄常常不均勻，不同的零件表面間的相互形位公差要求相對而言比較高，因此他們均屬于難加工類型的零件，在實際的加工生產過程當中，需采用穩定性好的數控機床設備，才能實現加工。對于加工此類復雜的薄壁型零件，工藝上首先需要考慮和解決的就是裝夾和加工中發生的變形等問題，采用真空吸盤吸住對工件的材料進行加工時的裝夾和加工方法，可以有效地解決上述的問題[1]。

二、零部件的技術要求及其結構工藝特點分析

在各種工藝標準指導下進行數控程序的編制，這些程序是提高零件的加工質量及其加工的經濟性最為必須。

（一）明確零件的精度要求

如果生產加工過程當中，該零件為某型產品上適用于電子通信器件的一個盒體。對于零件表面的粗糙度及其精度都有一些要求，其中最好的是ral .6，其平面度>0.05，所有的零件尺寸公差±0.03。該零件內部和四邊的零件均需要經過加工，其壁厚最薄處應當通過加工控制為1mm，所用材料應當選擇鋁板6063，這種材料在實際使用上較軟，當受到作用力時比較容易變形，并且這種材料的表面粗糙度較難達到工藝的精度要求，需首先進行熱處理，在強化之后進行進一步的機械加工。

（二）結構工藝性分析

零部件的結構和工藝特性就是指零部件在能夠滿足實際使用條件的必要前提下進行制造。本零件的總體結構及其工藝特性進行分析時主要注意的有以下幾個方面：

1.確定零件尺寸

在工件零件的內腔拐角處圓錐形半徑的尺寸和大小決定了工件所用刀具的最大長度，而這個刀具直徑的尺寸和大小與被加工件輪廓的長度高低會直接影響到工件的加工技術性，為了保證工件所用刀具具備一個足夠的剛度，應該必須滿足 r >0. 2h，其中 r 為圓弧形的半徑，h 為被加工工件輪廓表面最大高度。本設計加工時刀具的圓角半徑最小選擇為0. 5mm，腔深 6mm，因此在進行內腔精切削時刀具直徑選擇φ1mm。

2.零件的結構宜便于安裝加工

通過對本零部件的總體結構和性質進行分析，確定了工件的總體結構基本上是否符合設計要求。只是對零件的表面質量要求很高，因此還應當考慮在加工過程中的工藝裝夾凸臺。

3.擬采用真空吸盤裝夾零件

當采用大量的零件之時，可以采用真空吸盤用于裝夾零件，但是應當注意的是，需保證吸附范圍內無通孔、通腔，因此，加工各面時暫不加工通孔與通腔[2]。

三、零部件加工工藝路線

（一）工藝措施

控制零部件的變形，這就是對薄壁高精度部件進行加工的技術關鍵。零件的變形不但會破壞了零件的最后精度，而且會導致零件在精加工的過程中失去了定位標準;當變形數量較多時，就有可能因為加工剩余而導致零件的報廢。

零件變形的主要原因是毛坯中的殘余應力、切削力和生產過程中的切削應力。為了減少變形，保證圖紙要求，在工藝設計中采取了以下措施：消除應力的二次熱處理退火，選擇合適的裝夾方式，選擇合理的銑削參數和精加工余量。

（二）熱處理

第一次熱處理主要是為了增加強度，提高切削性能，對毛坯材料進行熱處理強化：T6（淬火+完全人工時效），熱處理參數應當調節合適。淬火處理中，加熱溫度為520±10℃，設備在硝酸爐中保持35-45分鐘（如果使用帶風機的井式爐，保持時間為50-65分鐘），用水冷卻設備進行處理，同時轉移時間應當小于15秒。時效處理中，時效溫度為185-190℃，保溫時間為8-9小時。第二次熱處理：粗加工后，采用去應力退火工藝降低零件的應力，強化時T6狀態的退火溫度低于回火溫度，否則會降低零件的強度。去應力退火參數：加熱溫度150℃，保溫2-3小時。毛坯中的殘余應力和加工過程中的切削應力是不可避免的，因此通過熱處理釋放內應力是控制變形和穩定尺寸的主要技術手段。

（三）裝夾方式

由于零件表面要求高，平面度> 0.05，用真空吸盤夾緊后進行銑削。為了將加工范圍完全放在吸附范圍內，適當增加零件的形狀，設置了工藝夾緊凸臺，以加強三個工藝凸臺的剛性，首先用工藝凸臺和真空吸盤夾緊加工內腔的所有平面，然后通過壓力安裝的方式去除所有工藝凸臺，加工剩余的孔，穿過框架。

四、加工程序編制

（一）加工程序編制流程

首先，利用UG軟件對薄壁箱體零件進行三維建模。建模時，帶有公差標記的尺寸要按照中間公差建模。完成三維建模后，可以使用UG處理模塊進行編程。UG編程的一般過程應該首先打開需要加工的零件模型，建立坐標系、幾何圖形、刀具;然后創建流程。具體過程是：（1）選擇加工方法：如平面銑削、輪廓銑削、鉆孔加工。（2）選擇加工零件;如曲面、邊界等。（3）設置相關工藝參數：切削速度參數、刀具軌跡、刀具進退等。（4）確認上述設置后，生成刀具軌跡。重復步驟（1）-（4），直到完成所有刀軌。

（二）特殊參數零件選擇

特殊參數選擇這部分有幾個特殊參數選擇：（1）分層銑削由于余量較大，真空吸盤吸附力有限，所以選擇分層銑削。（2）螺旋式下刀主要是為了有效地減少螺旋下刀時對于刃體的承受力量和由此產生的震動，設置了一個螺旋下刀。（3）保持刀向下切。為了減少切削過多的次數，節省加工時間，需要設置此參數。（4）模擬加工。為了盡量減少數控機床在實際操作下加工時間，保證過程可靠性，應用 ug 軟件對刀軌的路徑進行了模擬和加工，以便于對過程進行詳細的分析和觀察各種刀具之間的干預情況。仿真過程對程序的正確性有很大的幫助。

五、結語

本文用數控加工的方法介紹了鋁合金薄壁零件制造的全過程，證明了要提高數控加工薄壁零件的質量有以下幾種方法選擇切削性能好的材料、熱處理、對加工余量和切削參數進行了優化，改進了刀具，簡化了裝夾方法等，對類似零件工藝處理具有一定的參考意義。

參考文獻：

[1]簡述薄壁類零件數控加工工藝改進[J]. 汪麗娟，魏領波.內燃機與配件. 2020（01）.

[2]提升機械零件數控加工精度的途徑研究[J]. 李成本.設備監理. 2019（08）.