盤形薄壁零件加工
2013-5-16 來(lái)源： 作者：
薄壁零件已日益廣泛地應(yīng)用在各工業(yè)部門的產(chǎn)品上, 因?yàn)樗哂兄亓枯p、節(jié)材省料、節(jié)約能源、結(jié)構(gòu)緊湊等特點(diǎn)。但薄壁零件在加工切削中是比較棘手的問(wèn)題, 因薄壁零件的剛性差, 加工容易變形, 使零件的形位誤差增大, 很難保證零件的加工質(zhì)量。如圖1 所示的盤形薄壁零件, 是我公司為上汽KV6 型發(fā)動(dòng)機(jī)開(kāi)發(fā)配套的轉(zhuǎn)子式機(jī)油泵泵體, 其材料是YL112 鋁合金壓鑄件,也是公司車削加工難度較大的零件之一。由于產(chǎn)量大,質(zhì)量要求高, 故我們對(duì)零件加工的工藝方案進(jìn)行了認(rèn)真的研究, 分別對(duì)工件的裝夾、刀具角度和切削用量的選擇, 以及程序的編制等方面進(jìn)行了試驗(yàn), 有效地解決了該零件加工過(guò)程中出現(xiàn)的變形和振紋, 保證了加工精度和質(zhì)量, 同時(shí)為加工此類薄壁零件提供了有效的經(jīng)驗(yàn)和借鑒的實(shí)例。
圖 1
1. 零件結(jié)構(gòu)及工藝性分析
該盤形零件由不規(guī)則三角形構(gòu)成, 周邊大面積的厚度只有5mm, 中間最薄的部位僅有2. 5mm, 多處還有不規(guī)則的溝槽, 其最大旋轉(zhuǎn)直徑達(dá)335mm。這樣一種結(jié)構(gòu)復(fù)雜, 壁薄不均, 而且面積大的特殊零件, 其加工難度主要有以下兩點(diǎn):
(1) 因零件面大壁薄剛性不足, 壓緊點(diǎn)和支承點(diǎn)相對(duì)較遠(yuǎn), 在切削受力時(shí), 容易產(chǎn)生塑性變形。
(2) 在切削時(shí), 由于機(jī)床的自激振動(dòng), 斷續(xù)切削引起無(wú)規(guī)律的切削振動(dòng), 再加上夾具和外部其他的機(jī)械振動(dòng), 以及因刀具角度選擇不當(dāng)?shù)纫蛩? 使得被切削表面產(chǎn)生振紋, 嚴(yán)重影響零件表面的加工質(zhì)量。
2. 加工工藝
該零件加工工藝路線: 壓鑄毛坯→表面噴砂→鉆螺釘孔→粗、精車結(jié)合面和子孔→粗、精車背面與圓臺(tái)平面孔→銑密封槽→檢測(cè)驗(yàn)收等, 上述主要工序在數(shù)控車床和加工中心上完成。
在實(shí)施上述加工步驟時(shí), 應(yīng)控制工步的合理安排,有效地控制工件在切削時(shí)出現(xiàn)的變形, 以保證轉(zhuǎn)子孔的深度尺寸。應(yīng)采用先粗后精、先近后遠(yuǎn)、內(nèi)外交叉、基面先行的原則進(jìn)行, 即先粗車結(jié)合面, 再粗車轉(zhuǎn)子孔,然后精車轉(zhuǎn)子孔, 最后精車結(jié)合面, 采用這種交叉加工方法, 就可以減少熱應(yīng)力變形的產(chǎn)生。
3. 夾具結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)要點(diǎn)
(1) 夾具結(jié)構(gòu) 圖2 為關(guān)鍵工序車夾具結(jié)構(gòu)的示意圖。夾具主要由夾具體3、浮動(dòng)支承柱4、彈簧5 和8、鎖緊螺釘6 和10、浮動(dòng)支承釘7、中心浮動(dòng)支承9、頂壓支承柱12、倒錐內(nèi)六角頭螺釘13、圓柱定位銷2 和削邊銷1 等組成。
圖 2
1. 削邊銷 2. 圓柱定位銷 3. 夾具體 4. 浮動(dòng)支承柱5、8. 彈簧 6、10. 鎖緊螺釘 7. 浮動(dòng)支承釘9. 中心浮動(dòng)支承 11. 工件 12. 頂壓支承柱13. 倒錐內(nèi)六角頭螺釘
(2) 設(shè)計(jì)要點(diǎn) 因零件生產(chǎn)批量大, 在數(shù)控車床上設(shè)置了專用工裝, 夾具體3 上設(shè)有圓柱定位銷2 和削邊銷1。當(dāng)工件11 安裝在圓柱定位銷2 上時(shí), 其背面則靠實(shí)在三個(gè)頂壓支承柱12 的端面上, 隨即將倒錐內(nèi)六角頭螺釘13 穿過(guò)工件11 上面已經(jīng)壓鑄好的錐孔內(nèi), 將工件11 裝夾在頂壓支承柱12 上。但螺釘頭端面必須低于工件11 的加工平面, 這是因?yàn)楣ぜ?1 的定位面短,采用這種頂壓支柱的裝夾形式, 才會(huì)獲得好的效果。為了防止加工時(shí)產(chǎn)生振動(dòng), 在頂壓支承柱12 的三角弦線中部設(shè)有浮動(dòng)支承釘7 與工件11 接觸, 然后將鎖緊螺釘6 擰緊, 同時(shí)還應(yīng)檢查中心浮動(dòng)支承9 與工件11 接觸情況, 并擰緊鎖緊螺釘10, 完成工件11 的裝夾, 才能進(jìn)入加工程序。
4.刀具和切削條件的選擇
(1) 選用適合工件特性的刀具 為了滿足鋁合金加工特性, 粗車采用YD101 硬質(zhì)合金刀具, 精車時(shí)采用聚晶金剛石刀具。其刀具角度是前角5°～20°, 后角4°～12°, 主偏角30°～90°, 粗車刀具取小值, 精車刀具取大值, 以發(fā)揮粗精加工刀具的切削功能, 保證加工質(zhì)量的穩(wěn)定性。
(2) 切削用量的選擇 切削力的大小與切削用量密切相關(guān), 在試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn): 和進(jìn)給量同時(shí)增大后, 由于切削力增大而工件變形也增大; 減小背吃刀量增大進(jìn)給量時(shí), 其切削力反而有所下降, 但零件加工表面的切削殘留面積增大, 表面粗糙度值增大。所以, 在加工該鋁合金泵體時(shí), 精加工采用的背吃刀量a p = 0.08 ～0.15mm,進(jìn)給量f = 0.1～0.15mm/r, 切削速度vc = 60 ～120m/min。
(3) 切削液選用調(diào)配 根據(jù)該工件材質(zhì)以及刀具等因素綜合考慮, 選用乳化液, 采用濃度較高的配比。現(xiàn)場(chǎng)調(diào)配時(shí), 用手指蘸上己調(diào)配的切削液, 雙指接觸離開(kāi)時(shí)能產(chǎn)生拉絲現(xiàn)象即可。這樣調(diào)配的切削液滲透力強(qiáng), 使刀具與工件間形成一層潤(rùn)滑膜, 減輕切屑與刀具的摩擦和粘結(jié)程度, 提高了零件表面加工質(zhì)量。
5. 程編技巧
在零件加工時(shí), 應(yīng)合理利用數(shù)控車床的特殊功能來(lái)提高零件的加工精度。為了使零件端面加工獲得一致的表面粗糙度, 利用數(shù)控車床的恒線速功能G96 指令, 通過(guò)計(jì)算刀具距離工件中心的位置來(lái)改變主軸轉(zhuǎn)速, 使工件瞬間位置與切削刃保持恒定線速度的關(guān)系, 以求達(dá)到整個(gè)加工表面的高質(zhì)量水平。如果在零件端面車削過(guò)程中出現(xiàn)變形現(xiàn)象, 在掌握規(guī)律后還可以利用數(shù)控車床的兩軸聯(lián)動(dòng)功能來(lái)進(jìn)行削錐補(bǔ)償, 達(dá)到零件表面的平面度要求。
6. 結(jié)語(yǔ)
盤形薄壁零件加工的刀具配備和切削要素以及切削液的選擇, 是保證產(chǎn)品加工質(zhì)量的重要基礎(chǔ)。只要在施工前充分了解工件材料的特性, 零件裝夾的工藝特性,制定合理的工藝步驟和操作方法, 并找出工藝系統(tǒng)中因切削影響工件變形, 產(chǎn)生波紋等質(zhì)量問(wèn)題的因素, 并調(diào)整修正切削參數(shù), 同時(shí)利用數(shù)控車床的特殊功能, 就一定能夠使零件加工表面達(dá)到高質(zhì)量水平。機(jī)床夾具配置的好壞對(duì)零件加工質(zhì)量起到舉足輕重的作用, 該夾具根據(jù)零件的特殊形狀, 將定位、支承、壓緊和浮動(dòng)減振等構(gòu)件設(shè)計(jì)成柱式結(jié)構(gòu), 其剛度能完全滿足產(chǎn)品加工的質(zhì)量要求, 而且加工效率比較高。
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