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鋁制球殼加工工藝改進(jìn)分析

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鋁制球殼加工工藝改進(jìn)分析

摘要:鋁制球殼類(lèi)零件在機(jī)械制造業(yè)運(yùn)用廣泛,分析并改進(jìn)價(jià)格工藝對(duì)制造業(yè)具有重要意義。本文首先分析影響殼類(lèi)零件加工精度的主要因素,其次分析了如何合理選擇刀具角度及切削參數(shù),并通過(guò)實(shí)際加工論證總結(jié)經(jīng)驗(yàn),保證加工質(zhì)量。為其他薄壁零件加工提供借鑒。

關(guān)鍵詞:薄壁鋁件;球殼變形;工藝

大部分鋁材料具有剛性差、強(qiáng)度低的特性,在加工中極易產(chǎn)生形變。加上零件的形狀比較復(fù)雜,使零件加工的形位誤差增大,不易保證零件的加工質(zhì)量。大部分球殼類(lèi)零件的加工難點(diǎn)在于其零件的剛性較差,強(qiáng)度弱,裝夾困難,易變性。不易保證零件的加工質(zhì)量。影響球殼零件加工的主要因素主要有3點(diǎn):a.受力變形:大部分球殼件為薄壁件,加工受切削力擠壓易使工件變形,故切削時(shí)應(yīng)選用前角較大的刀具。b.受熱變形:切削加工產(chǎn)生的切削熱量使工件尺寸難以控制,加工應(yīng)澆注冷卻液。c.振動(dòng)變形:在切削力的作用下,易產(chǎn)生振動(dòng)和變形影響形狀和尺寸位置精度及表面質(zhì)量,選用道具剛性應(yīng)足夠強(qiáng)。通過(guò)改進(jìn)薄壁零件的加工工藝可提高加工效率及產(chǎn)品合格率,節(jié)約成本和時(shí)間。下面我將通過(guò)例子具體介紹一種通過(guò)預(yù)留工藝卡頭加工薄壁零件的新工藝。一般的加工工藝加工較困難,為此根據(jù)鋁制球殼的特性,應(yīng)合理選用夾具、刀具、切削用量等等。

1工件的裝夾

在裝夾的過(guò)程中,裝夾力過(guò)大,易使工件變形;裝夾力過(guò)小,在車(chē)削過(guò)程中可能因松動(dòng)而產(chǎn)生扎刀現(xiàn)象,直接使得產(chǎn)品脫落報(bào)廢。車(chē)削加工常用的裝夾工具為三爪卡盤(pán),作用力在3點(diǎn)使得薄壁零件夾緊力不均,從而使夾緊力大的位置產(chǎn)生過(guò)切現(xiàn)象,加工后的成品壁厚不均。因此薄壁零件裝夾應(yīng)使零件的裝夾面每一點(diǎn)的作用力保持均衡。根據(jù)公式P=F/S,可以指導(dǎo),在壓力一定的情況下,接觸面積越大,壓強(qiáng)越小。此球殼零件無(wú)法通過(guò)支架裝夾加工成型,結(jié)合多年機(jī)械加工經(jīng)驗(yàn)綜合考慮裝夾問(wèn)題得出解決方案:預(yù)留工藝臺(tái)階,三爪卡盤(pán)裝夾工藝臺(tái)階加工內(nèi)外形,增加工藝臺(tái)階的裝夾接觸面。

2選擇刀具的幾何角度

刀具幾何角對(duì)車(chē)削過(guò)程中的切削力大小及熱變形、排屑等都有很大影響。前角大小影響切屑的形狀及刀具的鋒利程度。前角越大,刀具越鋒利,切削力越小。車(chē)鋁的前角一般取20°左右。后角影響刀具后刀面與工件的摩擦情況。后角大,摩擦力就小,切削力就小,一般選擇6°至8°。刀具主偏角決定刀具在軸向與徑向的分力大小。主偏角越大,徑向力越小,軸向力大。加工薄壁件時(shí)應(yīng)選擇刀具主偏角為93°。為便于排屑,刀具應(yīng)有斷屑槽,斷屑槽圓弧半徑一般選5mm左右。綜合刀具角度分析得出:刀具選擇為刀尖角為55°的外圓刀和55°的內(nèi)孔車(chē)刀。

3切削用量的選擇

車(chē)削球殼件過(guò)程中的變形是多方面的,裝夾的夾緊力,切削產(chǎn)生切的切削力,工件在切削時(shí)產(chǎn)生的彈性變形和塑形變形,溫度產(chǎn)生的熱變形。減小切削力需要合理選擇切削三要素。粗車(chē)時(shí)選擇大切削深度和大進(jìn)給,在保證刀具壽命的前提下,合理選擇切削速度;精車(chē)選擇切削厚度一般為0.2-0.4mm,進(jìn)給量根據(jù)工件表面質(zhì)量要求選擇一般為0.05-0.08mm/rad。

4切削液的選擇

在切削過(guò)程中產(chǎn)生切削熱,70%的切削熱由切屑帶走,其余30%由工件及刀具承受。切削產(chǎn)生的熱量是刀具的硬度降低,使工件產(chǎn)生熱變形。充分加注切削液不但可以降低刀具和工具承受的熱量,而且可以起到潤(rùn)滑和清洗的作用,減少刀具的磨損,提高工件加工的表面粗糙度。加工鋁件要選擇潤(rùn)滑好及黏度小的油性液。經(jīng)過(guò)反復(fù)實(shí)踐,選用機(jī)油和柴油混合液不易粘刀而且表面粗糙度可達(dá)到0.6um。

5工藝制定

該零件為半球,具有薄壁(1mm),裝夾難度大,尺寸精度不好控制等特點(diǎn),傳統(tǒng)方法是通過(guò)先進(jìn)行外球面加工,設(shè)計(jì)專用夾具,再加工內(nèi)球面,該方法中夾具結(jié)構(gòu)復(fù)雜,拆卸麻煩,成品率低的缺陷;夾具螺紋接觸面是直接保證的尺寸,由于接觸,無(wú)法直接測(cè)量,使內(nèi)腔深度尺寸精度及薄壁厚度失控;由于工件和工裝之間配合力較小,內(nèi)腔切屑易積屑,加工容易出現(xiàn)打滑;由于配合力較小,粗加工時(shí)不能選擇較大進(jìn)給和切削深度,加工效率較低。對(duì)比傳統(tǒng)加工,優(yōu)化工藝得出最新加工工藝(圖2)。具體工藝安排如下:a.備料:長(zhǎng)度大于供給實(shí)際長(zhǎng)度10mm,直接大于實(shí)際直接10mm;b.粗車(chē)內(nèi)輪廓:裝夾外圓面,粗車(chē)內(nèi)輪廓、平另一側(cè)端面、另一次外圓見(jiàn)光,需注意孔口預(yù)留3.5mm工藝段;c.粗車(chē)外輪廓:倒頭裝夾,粗車(chē)另外輪廓,預(yù)留工藝卡頭1、工藝卡頭2,需注意刀具進(jìn)給方向、外輪廓需多車(chē)削3.5mm工藝段;d.熱處理:半成品熱處理,消除內(nèi)應(yīng)力改善切削性能;e.精車(chē)內(nèi)輪廓:裝夾工藝卡頭2,精車(chē)內(nèi)輪廓及端面,精車(chē)工藝卡頭1外圓;f.精車(chē)外形面:裝夾工藝卡頭1,去除工藝卡頭2,精加工外輪廓;g.切斷成型:運(yùn)用特制2.5mm寬切斷刀切斷,去毛刺成型,需注意特制2.5mm切斷刀為切斷刀一側(cè)刃磨后比較尖銳,刃磨后圓角約0.2mm。改進(jìn)后的加工工藝具備:a.節(jié)約30%材料成本;b.節(jié)省50%加工時(shí)間;c.成品率較高。

結(jié)束語(yǔ)

隨著數(shù)控技術(shù)的廣泛運(yùn)用,機(jī)械加工能夠達(dá)到的精度越來(lái)越高。新工藝路線運(yùn)用不但能夠?yàn)槠髽I(yè)節(jié)約加工成本提高加工效率,而且可以為企業(yè)在行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)中脫穎而出為企業(yè)增加競(jìng)爭(zhēng)力。以上是我在加工鋁制球殼件過(guò)程中的一種新方法,較好的解決了車(chē)削過(guò)程中出現(xiàn)產(chǎn)生的一些問(wèn)題,為同類(lèi)產(chǎn)品加工提供借鑒。

參考文獻(xiàn)

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[2]陳日曜.金屬切削原理(第2版)機(jī)械工業(yè)出版社,2005,1,1.

作者:陳書(shū)楊 鮮海峰 王維榮 王學(xué)軍 吳黃世璋 趙信文 單位:中國(guó)工程物理研究院流體物理研究所