有效控製薄壁鋁（lǚ）合金細長軸加工變形的方法分析-數控機床市場網

您現在（zài）的位（wèi）置：車床網> 技術前沿> 有效控製薄壁鋁合金細長軸加工變形的方法分析

有效控製薄壁鋁（lǚ）合金（jīn）細長軸加工變形的方法分析

2020-2-11 來（lái）源：天津（jīn）機電職業技術學院北華航天工業（yè）學院作（zuò）者：張文（wén）健楊嵩

摘（zhāi）要: 針（zhēn）對薄壁鋁合金細長軸零件（jiàn）在加工過程中容易發（fā）生變形（xíng）的特點，闡述了引起加工變形的原因，並通過改變（biàn）相（xiàng）應加工工（gōng）藝等措施來控製加工變形，從而保證了工件的尺寸與形位（wèi）公差以及表麵（miàn）粗糙度要求，關鍵步驟選用雙頂尖裝（zhuāng）夾以及（jí）增加輔助虎（hǔ）鉗頂夾的加工工藝，在生產實踐中具有指導意義。

關鍵詞: 細長軸（zhóu）; 薄壁; 鋁合金; 加工變形

1、引言

根據（jù）生產要求，需將毛坯直徑 30mm、長度360mm 的 LY12CZ 鋁合金（jīn）加工成圖 1 所示的細（xì）長軸類零件（jiàn）。要求細（xì）長軸兩端外圓與其中心軸線的同軸度要求為 0． 05mm，中間兩個凹槽底麵與其軸線的垂直度要求為 0． 05mm，兩端外圓尺寸精度為25. 40－ 0． 1，整（zhěng）個工件（jiàn）的形狀位置公差與尺寸公差要求都很高。

圖1 零件主俯視圖

圖（tú） 2 為零件 D 向視（shì）圖。由圖可知，零件中間部分加工完成後的厚度僅剩 1． 5mm，在加工中極易出現加工振動變形，影響加工質（zhì）量，嚴（yán）重時會使工件報廢，因此，在加（jiā）工過程中（zhōng）如何防止加工變形（xíng）是首要要考慮的問題。

圖2 零件 D 向視圖

2、改進工藝流程

2. 1 原有加工工藝分析

原有加工工藝流程: 粗、精車外圓→粗、精銑細長軸各個加工部位→鑽端麵孔→攻（gōng）端麵 M5 螺紋。按照該加工工藝加工完畢（bì）後，發（fā）現工件發生嚴重彎（wān）曲變（biàn）形，變形（xíng）量達到 3 － 5mm，變形部位（wèi）發生在工件的中心位（wèi）置，向銑完一端的凹槽方向彎曲（qǔ），與原圖形位公差要求嚴重不符，工件（jiàn）報廢。

通過（guò）分析發現，造（zào）成加工彎曲變形的主要原因是粗車加工完成後（hòu）直接精車，此時工件的加工變形不明顯（xiǎn），繼而進（jìn）行粗銑與（yǔ）精（jīng）銑的加工，由於粗銑加工（gōng）完一端凹槽旋轉 180°加工第二（èr）個凹槽時，工件中部凹槽（cáo）的部分由於單方向受力不（bú）均勻，工件必然會向（xiàng）強度薄（báo）弱的一方( 已（yǐ）加工完方向) 彎曲變形，造成（chéng）工件報廢，出（chū）現該現象也與刀具角度、裝（zhuāng）夾方式、鋁（lǚ）合金特性、冷卻是否充（chōng）足等因素有（yǒu）關。

2. 2 改進的加工工藝

為了有效控（kòng）製加工變形，保證工件的尺寸公差與形（xíng）狀位置（zhì）公差，需要改進加工工藝。改進（jìn）的加工工藝如下:

①粗車: 兩端打中心孔，通過一夾一頂的方法車（chē）端麵，外圓車至 27． 3 ± 0． 1、長度 351． 5mm，需要注（zhù）意的是兩端中（zhōng）心孔( 頂（dǐng）尖（jiān）孔) 要小;

②粗銑: 在加工中心上通過分度頭一夾一頂的方（fāng）法銑兩側 295 × 20． 6 兩槽，各槽單邊為精（jīng）銑加（jiā）工留（liú） 0． 3mm 餘量（liàng）。注意旋轉 180°加工第（dì）二個凹（āo）槽時工件中部要增加輔助虎鉗頂夾（jiá）的裝夾（jiá）工藝，以保證工件（jiàn）的形狀與位置公差要（yào）求;

③時效處理: 精車加工前，把工件重新加（jiā）熱（rè）到180 ± 5℃ ，保溫 4 小時，然後隨爐（lú）冷卻，使得經過時效處理後強度與硬度顯著提高，而塑性則有所下降，提高切削加工性能，為下一步精加工工序時保證加工尺寸（cùn）精度與形位（wèi）公（gōng）差打下良好基礎。

④精車: 為使工件在靜止狀態下也能保證形位公差，采用雙頂尖方式裝夾工（gōng）件，精車（chē）外圓尺寸270－ 0． 1到尺寸，精車兩端麵，保證兩（liǎng）端麵相對於軸線的垂直度要求控製在 0． 05mm 以內，右端保（bǎo）留中心孔，M5 暫不加工，通過開口套裝夾工件外圓，找正工件外圓（yuán）鑽（zuàn） M5 底孔，倒角 1 × 45°。

⑤精銑: 在加工中心上通過分度頭一夾一頂的方法銑 295 × 20． 6 兩槽到尺寸，注意控製兩個凹槽底麵與其軸線的垂直度要求為 0． 05mm; 同時（shí）為了避免在加工第二個凹槽時向第（dì）一個凹槽方向的加工變形（xíng），中間采用虎鉗夾持的方法來（lái）保證工（gōng）件的剛性，從而有效（xiào）控製工件的尺寸與形（xíng）位工差要求。

3 、加工工藝關鍵步驟

( 1) 雙頂尖裝夾（jiá）精車細長軸外圓

由於原（yuán）有加工工藝難以保（bǎo）證工件尺寸與形（xíng）位公差要求，所以需要改變加工（gōng）工藝，將精車工序放置在粗銑加（jiā）工工序後（hòu），將粗銑加工（gōng）完（wán）後的變形（xíng）在精（jīng）車（chē）工序內消除（chú）。另外，在精車加工前增加了熱處理加工（gōng）工藝，就會將粗車、粗銑加工造成的加工彎曲（qǔ）變形在時效熱處理階段進行消除，釋放內應力，工件內部組織（zhī）強化，強度與硬度（dù）顯（xiǎn）著提高（gāo），為精車、精（jīng）銑打下良好基礎。區別於粗車時一夾一頂的裝夾加工工（gōng）藝（yì），在精車時（shí）采用了雙（shuāng）頂尖裝夾的加工工藝。零件在粗車、粗銑後由於（yú）受力變形會造成工件在靜止狀態下有一個較大的彎曲，所以（yǐ）在精車階段的主要任務是將粗車、粗銑造成（chéng）的加工變形控製在合格的公差範圍內。采用（yòng）雙頂（dǐng）尖裝夾工件時，車床頂尖是一個（gè）與車床（chuáng）主軸同心（xīn）的圓錐（zhuī），分為前頂心和後頂心。後頂心裝在車床尾部，使用時將其頂在被（bèi）加工件的旋轉軸心上，起到穩定工件旋轉軸心的作用，前頂心裝（zhuāng）在車床主軸上或用三爪自（zì）定（dìng）心卡盤夾持，使用時將（jiāng）其頂在（zài）被加工件的旋（xuán）轉軸心上（shàng），起（qǐ）到帶動（dòng）工件旋轉和穩定（dìng）工件旋轉（zhuǎn）軸心的作用。

使（shǐ）用雙頂尖加工時，由於頂心和工件的（de）接觸麵小，傳動（dòng）力矩短，所以不太適合用於直（zhí）徑較（jiào）大的（de）工件或（huò）進刀量大的場合，但由於（yú）頂心夾持時具有自動對準工件旋轉軸心（xīn）的作用（yòng），所（suǒ）以適用於需要（yào）多次重複裝卸的加工工件。

刀具角度的選擇也很關（guān）鍵，實踐證明，合理的車刀角度為前角 γ0= 18°－ 20°，後角 α0= 20°－ 24°，主偏角 κr= 90°－ 95°，副偏角 φr= 10°－ 12°，刃傾角 λs= 15°－ 20°。此外，采用雙頂尖裝夾，頂尖不能（néng）頂得太緊或太鬆，車削過程中需隨時注意並及（jí）時調整。車（chē）削（xuē）加工前，床鞍應左右移動全（quán）行程，觀（guān）察有無碰撞現象。

( 2) 利用分（fèn）度（dù）頭在加工中心（xīn）上進行精銑加工

精銑加工前（qián）要在加工中心上對分度頭進行找正，確保分度頭在機床上自身的位置精度（dù）。分度頭找正的步（bù）驟為: ①分度頭的主軸軸向在數控銑床上（shàng）確保（bǎo）與機床工作台 X 向平行（háng），用杠杆（gǎn）百分表檢驗驗棒根（gēn）部（bù）的圓（yuán）跳動，使之在 0． 03mm 以內; ②檢驗驗棒（bàng）端部圓跳動（dòng），通過調整（zhěng）達到（dào） 0． 03mm 以內; ③檢驗驗棒的上母線，通過切高（gāo）點的方法，調整分（fèn）度頭是否仰頭或俯（fǔ）頭，保證分度頭的（de）軸向（xiàng）與數控銑床 X 向平行; ④檢驗驗（yàn）棒的（de）側母線，確定（dìng）分度頭與機床工作台X 向平行。驗棒（bàng）找正後，將細長軸零件裝夾在分（fèn）度頭上，通過一夾一頂的方式進行 295 × 20． 6 兩（liǎng）槽的精銑加工。

( 3) 利用平口（kǒu）鉗（qián）夾持中間部位進行反向精（jīng）銑加工

通過實例驗證，鋁合金薄壁細長軸（zhóu）在（zài）沒有（yǒu）夾具頂卡（kǎ）的情況下加工完（wán）第一麵後還勉強可以進行加工，旋轉 180°後（hòu）加工第二麵時由於工件受力變形，刀具與工件接觸處發出巨大的響聲及顫動，會出現銑刀（dāo）崩刃、工件撅起等嚴重後果，此時工（gōng）件不（bú）能正常加工。因此需要改進加（jiā）工工藝，采取措施為通（tōng）過采用平（píng）口鉗裝夾（jiá）薄壁細長軸零件的中（zhōng）間部分( 見圖 3)增加對（duì）工件的夾持力（lì），提高細長軸自（zì）身剛度，防止（zhǐ）切削振動（dòng），保證工件的順利加工。

圖 3 平口鉗頂（dǐng）夾中間部（bù）位（wèi）加工薄壁零件

采用平口鉗夾持細長軸（zhóu）中（zhōng）間部位的裝夾工藝時需要注意，采用壓表法將虎鉗的（de）固定鉗口與細長軸輕輕貼合，通過 0． 02mm 塞尺控（kòng）製好細長軸與固（gù）定鉗口的縫隙，在裝夾過程（chéng）中既要保證虎鉗裝夾不能過定位，細（xì）長軸（zhóu）又能轉動自如，工件的彎曲變形被控（kòng）製在很小（xiǎo）範圍（wéi）內，有效保證了（le）細長軸的定位精度。

應注意在旋轉細長軸時，必須將細長軸與固定虎鉗之間的（de）切屑（xiè）清除幹淨（jìng），防（fáng）止工件外表夾屑或者切屑劃傷細長軸的外加工表（biǎo）麵，影響細長軸表麵粗糙度精度要求。最終加工完的零（líng）件見圖 4。

圖（tú） 4 薄壁細長軸零件加工效果

4 、結語

針（zhēn）對細長軸薄壁鋁合金零件難加工（gōng）以及容易發生（shēng）加工變形的特點，詳細闡述了具體加工工藝步驟以及選（xuǎn）用合適的裝夾工藝來（lái）保證其尺寸與（yǔ）形狀位置公（gōng）差以及表麵粗糙度要求，關鍵步驟采用雙頂（dǐng）尖裝夾與（yǔ）虎鉗頂夾的輔（fǔ）助裝夾加工工藝，改變了細長軸在銑削加工（gōng）過程中的固有共振頻率，解決了剛性差問題，大大提高了細長軸的整體機械切削（xuē）加工性能，這種（zhǒng）加工方法在（zài）生產實踐中（zhōng）具有實踐指導意義。

投（tóu）稿箱：
如果您有機床行業、企業相關（guān）新聞稿件發表，或進（jìn）行資訊合作，歡迎聯係本網編輯（jí）部，郵箱：skjcsc@vip.sina.com

更多相關信（xìn）息

名企推薦

業界視（shì）點

| 更多

行業數據

| 更多

博文選萃

| 更多