控制薄壁殼體鋁合金材料變形車削工藝
2013-5-5 來源：西安北方光電防務有限 作者：張利軍
目前，鋁合金薄壁殼體零件的加工變形是機械制造業棘手的問題，本文通過殼體零件的加工總結出一套加工方法，通過實踐證明該方法有效地解決了殼體薄壁零件加工變形的問題。
1. 工藝分析
如附圖所示，該零件材料為7A04-T6，零件外形為曲線橢圓形，此殼體零件的加工難度是如何保證零件的加工尺寸精度及形位公差。
影響薄壁殼體變形的因素很多，主要體現在以下幾方面：
（1）在主切削力的擠壓作用下及牽引導致零件產生變形。
（2）零件剛性差，切削過程中產生振動和變形。
（3）從零件結構圖中看出殼體壁薄2mm，每一次切削由于應力釋放，造成零件變形。
（4）零件定位壓緊面小，裝夾時在徑向力作用下，使零件產生彈性變形。
（5）超硬鋁材料中鋁元素易與于空氣中的氫起化學作用，使零件表面被腐蝕產生細針狀氣孔，使工件變形。
2. 解決方案
通過以上分析，造成薄壁殼體零件加工變形的主要因素是切削振動、切削力、加工應力及夾緊力，因此通過以下方法有效地減小變形。
（1）合理的選擇加工刀具控制變形。刀鈍會使零件主切削抗力加大，零件軸向壓力加大，造成零件變形。刀具切削刃太鋒利，雖說有利于切削，但易加速刀具磨損，將零件拉向切削力的反方向，同樣使零件變形。經實踐粗加工時：刀具選用R形斷屑槽，前角γo＝20°～25° ，后角αo＝6°～10° ；主偏角κr＝91° ～93° ；負偏角κ'
r＝6° ～8° ；主要是減小刀具摩擦及振動。精加工時：前角γo＝25°～30° ，后角ao＝10°～12° ；主偏角κr＝45°～90° ，負偏角κ'
r＝10°～15° ；主要是減小徑向切削力，避免振動，并且加寬了主切削刃，從而減小了單位長度上的負荷，刀尖角大，散熱快。
刃傾角λs＝5°～10° ，粗加工取小值，精加工取大值，用來彌補法向前角大而引起刀刃強度差的缺陷。刀具切削刃要求磨的鋒利，刀面表面粗糙度值要小，提高零件表面加工質量。加工時將刀具通過刀架使切削刃沿軸向裝夾，通過薄壁殼體的加工此徑向切削力最小，工件不易變形。
（2）合理的選擇切削參數控制變形。粗加工時進給量為0.5～0.3mm/r；切削深度0.5～1mm；切削速度100m/min。主要是去除殼體零件大的余量，加快零件的散熱性，加速切削應力的釋放。精加工時進給量為：0.05～0.07mm/r，切削深度0.05～0.075mm，切削速度65m/min。主要是殼體零件加工時避開了與機床的共振，避免了切削時振動引起的變形。高速度、小進給量，提高工件的表面加工質量，同時減小徑向切削力，減小應力變形。
（3）增加半精加工工序控制變形。隨著零件加工余量的逐漸去除，零件加工應力逐漸釋放，為了保證零件加工尺寸精度及形位公差要求，增加一道半精加工工序，加工余量控制在0.5～1mm左右，給精加工留余量0.3～0.5mm，主要是將殼體零件曲線橢圓形狀在粗加工基礎上，進行一次半精加工使加工應力進一步得到釋放，為后續精加工打下基礎。
（4）在精加工前安排一道基準精加工，消除工件定位的橢圓度，保證定位尺寸的一致性及精度，使殼體零件與夾具定位間隙最小，達到保證形位公差要求的目的。
（5）多次熱處理工序消除加工應力。在殼體零件粗加工前安排一次淬火工序，提高零件的強度，改善切削性能；粗加工后，進行一次熱處理時效工序，釋放粗加工應力；半精加工后，再進行一次工序間的熱處理時效工序，進一步消除工件加工中的殘余應力；完工后進行一次穩定尺寸的熱處理工序。通過多次的熱處理工序，將使殼體零件加工應力得到完全釋放，從而達到了消除加工應力穩定零件加工尺寸的目的。
（6）采用軸向夾緊力方式控制變形。從殼體零件圖看出，零件基準為φ 110+0.034+0.012 mm孔及端面，外圓及小端外圓φ 94－0－0.035mm和φ 94+0.035+0 mm孔及端面對基準都有形位公差要求，因此該尺寸的加工必須要通過一次加工，才能保證零件的形位公差要求。
夾具設計要考慮既要保證零件不夾變形，又要保證零件加工的尺寸精度及形位公差要求。夾具設計時以φ 110+0.034+0.012 孔及端面定位，采用雙壓板夾緊形式，先壓緊臺階圓車端面及φ 94+0.035+0 mm孔，停機，零件不動換壓板壓緊端面，將零件外形加工到尺寸，保證零件的尺寸精度及形位公差要求。
（7）為了保證殼體零件在加工過程中被腐蝕，工件在加工過程中，不采用水基切削液，為了減小摩擦，采用煤油或積架JAEGER 195無氯切削液，在超硬鋁材料表面生成一層保護氧化膜，阻止超硬鋁材料與空氣中的氣體發生化學反應被腐蝕。
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