由於薄壁零件具有(yǒu)重量輕、強度高等諸多(duō)的(de)優點,已在模具、航空航天等多個領域得到廣泛的應用,但其薄壁零件的結構(gòu)複雜、剛度相對較低、加工餘量很大等特(tè)點(diǎn),銑削加工中易(yì)產生變形和振動,使得加工的效率降低,加工精度低,達不到工件的質量要求(qiú),可見,工件變形和加工效率問(wèn)題(tí)已成為影響薄壁零件(jiàn)加工中最主要的因素。
1 薄(báo)壁零件銑削加工變形產生的原因
薄壁零件銑削加工(gōng)過程中引起變形的因素較多,與毛坯的材料、幾何形狀以及一些外界環境等有關。(1)毛坯件的初始殘餘應力。毛坯經熱處理後,在冷卻過(guò)程中產生的內應力,銑削後內應力重(chóng)新分配產生變形(xíng)。(2)刀具對工件的影響。銑削加工中,由於工件與刀具間的摩擦所做的功,絕大部分轉變為切削熱,導致工件各部位的溫度分布不均,引起工件的變形。刀具的切削分力,零件彈性恢複(fù)後其表麵產生(shēng)不平度,引(yǐn)起(qǐ)壁厚加工(gōng)誤差的(de)產生,同時,刀具的材料、磨損等因素也會不同程度的導致工件的變形。(3)工件(jiàn)的裝夾方式。由於薄壁(bì)零件的自身特(tè)點,裝夾後產生的彈性變(biàn)形會影響零件表麵的尺寸、位置、形狀的精度(dù),最終導致工件(jiàn)產生變形。(4)刀具下刀(dāo)方式的(de)影響。薄壁零件的加工,包括對腹板(bǎn)加工的垂直進刀和對側壁加工的水平進刀兩種進刀方式,而垂直進刀(dāo)又分為直接垂直向下進刀、斜(xié)線軌跡進刀以及螺(luó)旋式軌跡進刀三種方式(shì),分別用(yòng)於鍵槽、端部的銑削,不同的進刀方式直(zhí)接影響著零件的加工精度(dù),因此,選擇合適(shì)的下刀方(fāng)式(shì)對於減小工件的變形是很重要的。
2 薄壁零件的加工(gōng)變形分析
(1)薄壁件的變形(xíng)特點。銑刀銑削薄壁表麵AB時,需要銑出圖中陰影(yǐng)部分(fèn)的部分,然而在切削力的作用下(xià),薄壁零件產生的彈性變形使得C、D兩(liǎng)點移動到圖中(zhōng)的位(wèi)置,為(wéi)了簡化其模型,可(kě)以假設銑刀的(de)剛度遠大於薄壁件的剛度,隻銑削去了 那部分,還剩餘一部(bù)分未被切除,導致了壁厚的加(jiā)工誤差。由於銑削薄壁零件的加工餘量相(xiàng)對較小,使得(dé)銑削中薄壁件的剛度受廢料切除的影(yǐng)響較小,因此,對於同(tóng)一壁厚的薄壁件,切削(xuē)力是影響其變形最主要的因素。(2)銑削的受力模型分(fèn)析。通過薄壁件的變形特點的分析,以(yǐ)此為基礎對銑削的受(shòu)力模(mó)型進行分析,經前(qián)人長期的研(yán)究表明,每個單元的(de)銑削(xuē)力都可以分解為徑向切削力(lì)和切向切削(xuē)力兩部分。
3 薄壁零件(jiàn)銑削加工中刀具(jù)幾何參(cān)數的選擇
(1)前(qián)角的選擇不能太小,過(guò)小增大了切削力,加劇了前刀麵的磨損,從而降(jiàng)低(dī)了刀具的使用壽命;但前角過大,由於刀具的散熱體積較小,也會引起刀具的磨損,因此,要進行合理的選擇,當薄壁件的強度(dù)較高時,可以適當的(de)增大前(qián)角。(2)增大刀具後角的大小(xiǎo)可以增強刀具的剛度,同時,為了減小刀具與工件的摩擦,後角也應選的大一些,另外提高了(le)刀具的使(shǐ)用壽命。(3)刃傾角的大小影響著切屑的排出方(fāng)式以及(jí)各切(qiē)削力的(de)分配(pèi)比例,通常選用 ,低於(yú)這一範圍,導致切屑附加變(biàn)形的產生,進而會影響工件(jiàn)表麵的加工精度。
4 薄壁零件銑削加工銑削工藝參數的選擇
銑削薄壁零(líng)件中涉及到的銑削參數主要分為:軸向切深、徑向切深、進給速度、切削速度、銑削(xuē)方式以及冷卻方式(shì)等,在滿足零件表麵加工精度,確保刀(dāo)具使用壽命的前提下,精(jīng)加工過程中應采用較小(xiǎo)的軸向、徑向切深和較小的進給量,切深和進給量確定後,選擇合(hé)適的(de)切削速度。
(1)軸向切(qiē)深和徑向切(qiē)深(shēn)的選用(yòng)。較(jiào)大的徑向切深可以有效的減小切削力,增強薄壁件的剛性,減少工件的銑削(xuē)變形。在保證薄壁件切除率不變的前提下,應使用(yòng)較大的軸向切深和(hé)較小的徑向切深,有利於獲得較好(hǎo)的加工表麵質(zhì)量。(2)進給量和進(jìn)給速度的選擇。在刀具轉速一定的情況下,進給速度與進(jìn)給量成正比,而進給量是齒數與每齒進給(gěi)量的乘積,每齒進(jìn)給量增大時,引起切削力的加大,不利於薄(báo)壁件的(de)加工,然而較小的每齒進(jìn)給量,使得切削時(shí)產生擠壓,進而產生(shēng)了大量(liàng)的切削熱,加速了刀具的磨損(sǔn),因此(cǐ),精加工中,應(yīng)選擇適量的進給量,粗加工中(zhōng),應盡可能的增大進給量來提高加工的效率。(3)切(qiē)削速度的選用。為提高刀具的(de)使用壽命,應選用較(jiào)低的切(qiē)削速度(dù),在增大銑刀(dāo)的直徑的前提下,有利於改善散熱條件,可(kě)以適當的提高切削的速度。
5 薄壁零(líng)件加工工藝優化(huà)
刀具的加工路徑,粗加工中所采取的工藝方法是采用高速的銑削、高(gāo)的進給率以及小的銑削用量,粗加工中要盡(jìn)量的保證刀具負荷的穩定性,以減少任何切(qiē)削(xuē)方向突然的變化,粗加工(gōng)中一般采用順(shùn)銑的加工方式。粗(cū)加工過程中(zhōng)常用的加工刀具路徑有2向等高線層切法、插銑刀具路徑以及擺線刀具路徑(jìng),選擇不同的走刀路徑,直接影響著工件的加工表麵質量。由(yóu)於精加工是形成工件最(zuì)終加工表(biǎo)麵的環節,因此,要確保刀具切削載荷的不(bú)變性,精加工的刀(dāo)具路徑中主要有筆式加工和餘量加工(gōng)兩種。筆式加工屬於半精加工,其作用是切(qiē)除精加工中沒法(fǎ)去除的尖角處的多餘餘量,為接(jiē)下來的精加工做準備。餘量加工用於切除一切精加(jiā)工之前的所有餘(yú)量,合理的加工方(fāng)向有助於提高零件表(biǎo)麵的加(jiā)工精度。
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