如何解決精密薄壁零件加工難題

01-20-2025

　　如何解決精密薄壁零件加工難題
　　?精密薄壁零件加工的主要難題包括裝夾困難、易變形、加工精度難以保證等?。
　　精密薄壁零件，如航空發(fā)動機葉片、鼓輪零件等，由于材料去除量大、零件剛性差，加工過程中極易發(fā)生變形。鈦合金與高溫合金等常用材料切削加工性差，切削力大、刀具磨損快，進(jìn)一步加劇了加工難度?1。此外，薄壁零件在夾緊力的作用下也容易產(chǎn)生變形，從而影響加工精度，工件尺寸公差不易保證?。
　　為了解決這些難題，可以采取多種措施。例如，通過工藝優(yōu)化，如精鏜孔工序由工裝環(huán)抱式徑向壓緊更改為立式裝夾軸向壓緊，全過程監(jiān)控變形量，以控制加工余量、去除加工應(yīng)力和預(yù)留表面處理工藝尺寸等措施，來解決加工過程中的零件變形難題?。針對大長徑比鈦合金薄壁零件的加工難點，可以采用數(shù)控縱切加工減小零件切削抗力帶來的變形，設(shè)計送料工裝解決精車削外圓時的裝夾問題，設(shè)計校直工裝解決精車削后的變形問題?。此外，還可以采用浮動三爪夾具等新型裝夾工具，以改善加工效果，防止工件變形?。
　　同時，對于不同類型的精密薄壁零件，如軸套類零件，還需要考慮到其特定的結(jié)構(gòu)特點和加工要求。例如，在加工短空心軸零件時，需要粗、精加工分開，中間安排時效去應(yīng)力處理，以控制變形量?。
　　轉(zhuǎn)：
　　鼓輪零件為鋁合金薄壁長筒結(jié)構(gòu)，四周均布異形長槽和網(wǎng)狀圓孔，材料去除量大，加工變形不易控制，質(zhì)量問題主要集中在變形造成的內(nèi)孔和外圓超差上。本文通過工藝優(yōu)化，精鏜孔工序由工裝環(huán)抱式徑向壓緊更改為立式裝夾軸向壓緊。壓緊過程通過千分表測量內(nèi)孔變化和外圓側(cè)母線位移情況，全過程監(jiān)控變形量。通過控制加工余量、去除加工應(yīng)力和預(yù)留表面處理工藝尺寸等措施，解決了加工過程中的零件變形難題。
　　PART01序言
　　鼓輪是濾棒成型機組濾棒輸出系統(tǒng)關(guān)鍵零件，它通過與內(nèi)部裝配的閥體、閥座等零件配合，利用負(fù)壓將濾棒減速、校準(zhǔn)，并向下游傳輸，承擔(dān)著重要的交通樞紐作用。PART02零件結(jié)構(gòu)及技術(shù)要求
　　鼓輪零件為鋁合金薄壁長筒結(jié)構(gòu)（見1），關(guān)鍵尺寸如2所示，其中尺寸帶*要求無表面處尺寸帶**為表面處理后最終尺寸。零件四周均布42處異形長槽、966處φ5mm孔，加工過程中金屬去除率達(dá)82.5%，零件剛性差。因零件四周長槽為濾棒通道，故為提高表面耐磨性，零件表面要求局部硬質(zhì)陽極氧化處理（Al/Et.A50hd）[1]和局部噴涂LW-1N10，涂層厚度（0.06±0.02）mm。前期試制攻關(guān)時，發(fā)現(xiàn)零件關(guān)鍵尺寸φ195H7孔、φ215H6孔和φ218f7外圓在加工過程中極易變形，試制合格率為0%。
　　1鼓輪零件示意
　　2鼓輪零件關(guān)鍵尺寸PART03加工中存在的問題
　　試制加工期間共投產(chǎn)11件，工藝流程為：粗車外圓內(nèi)孔及端面→去應(yīng)力→半精車外圓及內(nèi)孔→粗銑長槽及鉆孔→精鏜孔及端面→精車外圓→精銑槽→陽極氧化→噴涂。
　　試制加工一次交驗合格率為0%，質(zhì)量問題主要為φ195H7孔、φ215H6孔和φ218f7外圓超差。查看鼓輪全過程加工方案得知，精鏜孔裝夾方式為專用工裝環(huán)抱式徑向壓緊，如3所示，該夾緊方式對于薄壁類零件精鏜孔不適宜，夾緊時會引起孔輕微變形，鏜孔后松開夾具，零件回彈導(dǎo)致孔圓度超差。經(jīng)檢測發(fā)現(xiàn)，精鏜后φ215H6孔圓度為0.04mm，已經(jīng)超差，同時，噴涂涂料以約160℃溫度噴射到零件表面，引起零件內(nèi)應(yīng)力釋放，經(jīng)檢測發(fā)現(xiàn)，噴涂過程孔圓度變化為0.02mm。
　　3改進(jìn)前臥式鏜孔裝夾方式PART04工藝方案優(yōu)化
　　針對試制工藝方案的缺陷，為避免零件精鏜孔裝夾變形，將裝夾方式由工裝環(huán)抱式徑向壓緊更改為立式裝夾軸向壓緊[2]。將3個等高塊固定在通用夾具基礎(chǔ)板上，零件以φ218f7外圓端面定位，用臺階壓板放置到零件圓周寬為5mm的槽內(nèi)壓緊。壓緊過程通過千分表測量內(nèi)孔變化和外圓側(cè)母線位移情況，通過調(diào)整各壓板壓緊力保證裝夾前后零件變形位移≤0.01mm，如4所示。驗證立式裝夾方式變形量可控后，在牧野V77L立式加工中心上進(jìn)行精鏜孔試加工，對孔變形量進(jìn)行全過程監(jiān)控，具體數(shù)據(jù)見表1。經(jīng)檢測，孔加工后圓度≤0.015mm，滿足要求。
　　4監(jiān)測立式裝夾方式零件變形
　　表1立式裝夾方式φ215H6變形量（單位：mm）
　　由于毛坯去除量大，零件壁薄且多孔多溝槽，導(dǎo)致加工過程中零件因內(nèi)部應(yīng)力變化而產(chǎn)生變形，如前期不去除加工應(yīng)力，則在陽極氧化和噴涂過程中會導(dǎo)致應(yīng)力釋放，從而加大零件變形量，因此消除加工應(yīng)力引起的變形對提高鼓輪零件加工精度非常重要。
　　為了降低陽極氧化和噴涂過程對零件變形的影響，最大程度上降低零件內(nèi)應(yīng)力，在原工藝1次穩(wěn)定化處理的基礎(chǔ)上又增加了2次穩(wěn)定化處理，即進(jìn)行3次穩(wěn)定化處理。其中精加工部分由之前的精鏜孔→精車外圓→精銑槽→陽極氧化→噴涂，更改為臥式粗鏜孔去除余量→穩(wěn)定化處理→立式半精鏜孔留余量至φ194.5mm、φ214.5mm→精車外圓→精銑槽→立式精鏜孔→陽極氧化→噴涂[3]。具體工藝方案見表2。表2鼓輪加工優(yōu)化后工藝方案PART05加工中存在的問題
　　確定可行方案后，按照新工藝方案進(jìn)行批量加工驗證，對關(guān)鍵過程數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)控記錄，入庫前尺寸檢測如5所示，部分尺寸檢測結(jié)果見表3。
　　5入庫前尺寸檢測
　　表3入庫前部分尺寸檢測結(jié)果（單位：mm）
　　零件入庫檢測圓度≤0.02mm，完全滿足設(shè)計要求，合格入庫。隨后試件被安裝至公司產(chǎn)品ZL29纖維濾棒成型機組，經(jīng)測試運行效果良好。截至目前，已順利完成多批次鼓輪零件加工，均合格入庫。PART06結(jié)束語
　　鼓輪零件設(shè)計精度要求高，材料去除量大，加工變形不易控制。工藝設(shè)計過程中，通過改進(jìn)裝夾方式、優(yōu)化加工余量控制、增加熱處理去除應(yīng)力和預(yù)留表面處理工藝尺寸等措施，避免了加工過程中零件變形，很好地保證了零件加工質(zhì)量。該工藝方案已推廣應(yīng)用到其他規(guī)格零件的加工中，取得了很好的成效。
　　專家點評
　　鼓輪零件為鋁合金薄壁長筒結(jié)構(gòu)，四周均布異形長槽和網(wǎng)狀圓孔，材料去除量大，加工變形不易控制，質(zhì)量問題主要集中在變形造成的內(nèi)孔和外圓超差上。作者通過優(yōu)化工藝方案，改進(jìn)裝夾方式，合理安排熱處理和局部表面處理，保證了鼓輪加工質(zhì)量。
　　文章的亮點是薄壁長筒零件的裝夾方式與變形控制，工藝方案和工序內(nèi)容都比較詳細(xì)。通過工藝優(yōu)化，精鏜孔工序由工裝環(huán)抱式徑向壓緊更改為立式裝夾軸向壓緊。壓緊過程通過千分表測量內(nèi)孔變化和外圓側(cè)母線位移情況，全過程監(jiān)控變形量。通過控制加工余量、去除加工應(yīng)力和預(yù)留表面處理工藝尺寸等措施，解決了加工過程中的零件變形難題，具有很好的實用性。
　　參考文獻(xiàn)：[1]樊東黎，徐躍明，佟曉輝.熱處理工程師手冊[M].2版.北京：機械工業(yè)出版社，2005.[2]薛源順.機床夾具設(shè)計[M].北京：機械工業(yè)出版社，2011.[3]陳宏鈞.實用機械加工工藝手冊[M].4版.北京：機械工業(yè)出版社，2016.本文發(fā)表于《金屬加工（冷加工）》2025年第1期47~50頁，作者：許昌煙草機械有限責(zé)任公司謝陽陽，原標(biāo)題：《精密薄壁鼓輪零件加工工藝優(yōu)化》。
　　綜上所述，精密薄壁零件加工難題的解決需要綜合考慮材料特性、工藝優(yōu)化、裝夾方式等多個方面，以確保加工精度和零件質(zhì)量。