盤形薄壁零件加工
2013-5-16 來源： 作者：
薄壁零件已日益廣泛地應用在各工業部門的產品上, 因為它具有重量輕、節材省料、節約能源、結構緊湊等特點。但薄壁零件在加工切削中是比較棘手的問題, 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量。如圖1 所示的盤形薄壁零件, 是我公司為上汽KV6 型發動機開發配套的轉子式機油泵泵體, 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。由于產量大,質量要求高, 故我們對零件加工的工藝方案進行了認真的研究, 分別對工件的裝夾、刀具角度和切削用量的選擇, 以及程序的編制等方面進行了試驗, 有效地解決了該零件加工過程中出現的變形和振紋, 保證了加工精度和質量, 同時為加工此類薄壁零件提供了有效的經驗和借鑒的實例。
圖 1
1. 零件結構及工藝性分析
該盤形零件由不規則三角形構成, 周邊大面積的厚度只有5mm, 中間最薄的部位僅有2. 5mm, 多處還有不規則的溝槽, 其最大旋轉直徑達335mm。這樣一種結構復雜, 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:
(1) 因零件面大壁薄剛性不足, 壓緊點和支承點相對較遠, 在切削受力時, 容易產生塑性變形。
(2) 在切削時, 由于機床的自激振動, 斷續切削引起無規律的切削振動, 再加上夾具和外部其他的機械振動, 以及因刀具角度選擇不當等因素, 使得被切削表面產生振紋, 嚴重影響零件表面的加工質量。
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、精車結合面和子孔→粗、精車背面與圓臺平面孔→銑密封槽→檢測驗收等, 上述主要工序在數控車床和加工中心上完成。
在實施上述加工步驟時, 應控制工步的合理安排,有效地控制工件在切削時出現的變形, 以保證轉子孔的深度尺寸。應采用先粗后精、先近后遠、內外交叉、基面先行的原則進行, 即先粗車結合面, 再粗車轉子孔,然后精車轉子孔, 最后精車結合面, 采用這種交叉加工方法, 就可以減少熱應力變形的產生。
3. 夾具結構和設計要點
(1) 夾具結構 圖2 為關鍵工序車夾具結構的示意圖。夾具主要由夾具體3、浮動支承柱4、彈簧5 和8、鎖緊螺釘6 和10、浮動支承釘7、中心浮動支承9、頂壓支承柱12、倒錐內六角頭螺釘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. 浮動支承柱5、8. 彈簧 6、10. 鎖緊螺釘 7. 浮動支承釘9. 中心浮動支承 11. 工件 12. 頂壓支承柱13. 倒錐內六角頭螺釘
(2) 設計要點 因零件生產批量大, 在數控車床上設置了專用工裝, 夾具體3 上設有圓柱定位銷2 和削邊銷1。當工件11 安裝在圓柱定位銷2 上時, 其背面則靠實在三個頂壓支承柱12 的端面上, 隨即將倒錐內六角頭螺釘13 穿過工件11 上面已經壓鑄好的錐孔內, 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, 這是因為工件11 的定位面短,采用這種頂壓支柱的裝夾形式, 才會獲得好的效果。為了防止加工時產生振動, 在頂壓支承柱12 的三角弦線中部設有浮動支承釘7 與工件11 接觸, 然后將鎖緊螺釘6 擰緊, 同時還應檢查中心浮動支承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 硬質合金刀具, 精車時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, 以發揮粗精加工刀具的切削功能, 保證加工質量的穩定性。
(2) 切削用量的選擇 切削力的大小與切削用量密切相關, 在試驗中發現: 和進給量同時增大后, 由于切削力增大而工件變形也增大; 減小背吃刀量增大進給量時, 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, 精加工采用的背吃刀量a p = 0.08 ～0.15mm,進給量f = 0.1～0.15mm/r, 切削速度vc = 60 ～120m/min。
(3) 切削液選用調配 根據該工件材質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。現場調配時, 用手指蘸上己調配的切削液, 雙指接觸離開時能產生拉絲現象即可。這樣調配的切削液滲透力強, 使刀具與工件間形成一層潤滑膜, 減輕切屑與刀具的摩擦和粘結程度, 提高了零件表面加工質量。
5. 程編技巧
在零件加工時, 應合理利用數控車床的特殊功能來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, 利用數控車床的恒線速功能G96 指令, 通過計算刀具距離工件中心的位置來改變主軸轉速, 使工件瞬間位置與切削刃保持恒定線速度的關系, 以求達到整個加工表面的高質量水平。如果在零件端面車削過程中出現變形現象, 在掌握規律后還可以利用數控車床的兩軸聯動功能來進行削錐補償, 達到零件表面的平面度要求。
6. 結語
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, 是保證產品加工質量的重要基礎。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, 并找出工藝系統中因切削影響工件變形, 產生波紋等質量問題的因素, 并調整修正切削參數, 同時利用數控車床的特殊功能, 就一定能夠使零件加工表面達到高質量水平。機床夾具配置的好壞對零件加工質量起到舉足輕重的作用, 該夾具根據零件的特殊形狀, 將定位、支承、壓緊和浮動減振等構件設計成柱式結構, 其剛度能完全滿足產品加工的質量要求, 而且加工效率比較高。
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如果您有機床行業、企業相關新聞稿件發表，或進行資訊合作，歡迎聯系本網編輯部， 郵箱：skjcsc@vip.sina.com
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