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　　摘 要：為解決鋁合金薄壁零件在機(jī)械加工中由于變形影響零件的尺寸、形位公差的問題，以高速、低進(jìn)刀、低切深的加工方法，通過一次裝夾完成零件全部關(guān)聯(lián)尺寸的加工，從而降低零件在加工過程中由切削力過大而引起的變形，避免加工基準(zhǔn)與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)不能重合產(chǎn)生的誤差，提高零件的尺寸精度和形位精度。
 

　　1. 問題的提出

　　在零件的機(jī)械加工過程中，常常會(huì)由于內(nèi)應(yīng)力而產(chǎn)生變形，尤其是有色輕金屬如鋁、鎂合金的加工。內(nèi)應(yīng)力引起的翹曲、側(cè)彎和扭曲等形式的變形頻繁出現(xiàn)，會(huì)嚴(yán)重影響零件的加工質(zhì)量及加工效率，特別是對(duì)于薄壁、薄板類零件表現(xiàn)得尤為突出。如何最大限度地減少或消除零件的變形，保證產(chǎn)品質(zhì)量及生產(chǎn)效率，多年來一直是我們研究的課題。
 

　　2. 原因分析
 

　　為提高鋁合金的加工和使用性能，在加工前需要通過熱處理（淬火處理+時(shí)效處理）的途徑提高強(qiáng)度。材料在淬火過程中產(chǎn)生很大的內(nèi)應(yīng)力，時(shí)效過程不能完全釋放淬火過程中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，在后續(xù)的機(jī)械加工過程中，新的切削應(yīng)力產(chǎn)生，隨著材料的不斷去除，內(nèi)應(yīng)力的平衡狀態(tài)被打破，內(nèi)應(yīng)力重新分布，直至達(dá)到新平衡過程而產(chǎn)生變形，使零件失去應(yīng)有的加工精度。而且當(dāng)零件表面的應(yīng)力超過材料的強(qiáng)度極限時(shí)，還會(huì)產(chǎn)生裂紋。

　　3. 解決辦法
 

　　針對(duì)以上原因，對(duì)于鋁合金薄壁、薄板類零件采用“套材”法進(jìn)行加工。“套材”法就是一次裝夾完成所有尺寸加工后，再將零件從毛坯中掏出的加工方法。套材過程包括銑上面→粗銑內(nèi)腔→粗銑外形→精銑外形→精銑內(nèi)腔→精銑底面→點(diǎn)（鉆）孔→切斷等工藝。由于整個(gè)過程是在一次裝夾中完成的，在切斷之前，由于零件與毛坯材料底面連接，所以內(nèi)應(yīng)力的產(chǎn)生不會(huì)造成零件有較大變形，在整個(gè)過程中零件尺寸穩(wěn)定。在切斷時(shí)，需要讓毛坯材料與零件材料在底面有0.1mm粘連，以保證在整個(gè)“套材”過程中零件有足夠的強(qiáng)度抵抗加工過程中產(chǎn)生的切削應(yīng)力。

　　將零件從毛坯中切下后，零件雖由于應(yīng)力釋放而發(fā)生變形，但是零件上各相對(duì)尺寸不會(huì)改變，只需要增加校正工序校平底面所有尺寸、形狀均可恢復(fù)正確。

　　4. 應(yīng)用實(shí)例

　　如圖1所示為鋁合金薄板零件，我們應(yīng)用“套材”法進(jìn)行加工，方法如下：

　?。?）工藝過程制定：由于零件最終厚度為2mm，在下料機(jī)加工過程中容易產(chǎn)生應(yīng)力，發(fā)生變形，根據(jù)其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，具體加工工藝流程為下料→時(shí)效→銑基準(zhǔn)→磨基準(zhǔn)→去毛刺→銑外形（“套材”法加工）→去毛刺→校正→檢驗(yàn)→入庫。通過時(shí)效工序消除下料過程中產(chǎn)生的應(yīng)力；通過銑基準(zhǔn)、磨基準(zhǔn)工序，保證基準(zhǔn)平面與夾具定位面完全接觸，定位準(zhǔn)確可靠，從而保證銑外形工序中厚度方向的所有尺寸。由于這兩道工序?qū)儆谝姽饧庸?，所以在此過程中產(chǎn)生的微小應(yīng)力引起零件的變形量不會(huì)影響加工尺寸；通過銑外形（“套材”加工）完成零件所有尺寸加工；通過去毛刺工序去除加工過程中產(chǎn)生的各種毛刺、飛邊，保證后續(xù)加工定位精準(zhǔn)；通過校正工序校正由于大余量加工后零件產(chǎn)生的變形；檢驗(yàn)工序檢驗(yàn)零件所有尺寸與圖樣要求的符合性；最后入庫提交。

      圖1

　?。?）毛坯尺寸確定：毛坯長度

　　式中，H毛坯為毛坯厚度；H零件為零件總厚度。
 

　　（3）裝夾方式確定：由于零件外形尺寸較小，采用組合夾具，以底面定位，壓住零件邊沿即可（見圖2）。壓板必須均勻分散在毛坯的周邊，保證整個(gè)加工過程中零件底面與夾具緊密貼合。壓緊位置必須在刀路邊界之外，避免在加工過程中銑刀壓板。

        圖2
     

        1.零件輪廓 2.刀具 3.毛坯邊界4.刀路邊界 5.壓板

　?。?）“套材”過程實(shí)施：
   

　?、俚毒叩倪x用。為在套材過程中減少零件變形量，在保證加工效率的前提下，盡量選用直徑小的刀具。刀具越小，加工過程中的切削力就越小，產(chǎn)生的應(yīng)力也越小。本零件加工選用φ 6mm立銑刀。②切削用量的確定。為減少切削力，按高轉(zhuǎn)速、高進(jìn)給和小切深的原則選用切削用量。根據(jù)加工現(xiàn)場(chǎng)機(jī)床的剛性和最高工作轉(zhuǎn)速，選擇轉(zhuǎn)速S=4 000r/min，進(jìn)給速度F=1 000mm/min，徑向切深= 50%D刀具，軸向切深0.2mm。
 

　?、鄢绦虻木幹?。銑外形在銑加工中心上進(jìn)行，利用編程軟件按照零件圖樣建立數(shù)字模型后按“套材”法包含過程中的刀路順序編制數(shù)控程序，編程過程中按前述選擇刀具和切削用量（見圖3）。

       
        圖3

　　（5）實(shí)施效果：通過實(shí)際加工驗(yàn)證，校正后的零件所有尺寸均滿足圖樣要求。銑外形工序?qū)嶋H加工時(shí)間為33min，滿足批生產(chǎn)要求。

   
　　5. 結(jié)語
   

　　“套材”法目前已經(jīng)在我廠鋁合金結(jié)構(gòu)件批生產(chǎn)加工中廣泛應(yīng)用。不僅提高了加工效率和產(chǎn)品質(zhì)量，而且因?yàn)槭且淮窝b夾完成所有尺寸加工，從而避免了設(shè)計(jì)基準(zhǔn)和工藝基準(zhǔn)不重合而引起的誤差，避免因尺寸鏈換算而壓縮公差，簡(jiǎn)化了工藝規(guī)程制定過程和零件的加工過程。