簿壁壳体零件加工工艺及夹具设计研究

何宝峰

陕西法士特齿轮有限责任公司

簿壁壳体零件加工工艺及夹具设计研究

何宝峰

陕西法士特齿轮有限责任公司

薄壁壳体零件广泛应用于航空航天工业中，由于其弱刚度、易变形的特点，导致对其加工变形的控制一直是个难点。国内外对该类型变形的研究主要集中在：工件力学特性与结构特点、加工进给参数选择、加工残余应力对产品形变的影响等。本文主要就对铝合金簿壁壳体零件加工工艺及夹具设计进行分析和探讨。

簿壁壳体零件；加工工艺；夹具设计

1 簿壁壳体零件加工工艺

1.1 分析铝合金材料特性，优化机械加工基准选取

机械加工人员在进行零件加工操作前，需对铝合金材料的韧性、粘附性、相应的塑性以及应用环节加以分析，从而避免在加工过程中出现零件变形、表面划伤、刀瘤等现象，提升铝合金簿壁壳体零件机械加工的效率与质量。同时机械加工人员需优化加工基准的选取，应尽可能地选取平整度、光洁度较好且面积较大的粗基准，并对其进行处理，使基准面更为平整。若发现粗基准存在毛刺、飞边、以及浇冒口材料等凸起部分，需及时地进行清理，在确认后期加工过程中能够进行准确定位后，将粗基准夹紧。

1.2 注重机械粗加工过程

尺寸和表面粗糙度不精准的铝合金零件，难以达到高要求，所以要求机械加工人员在进行加工的时候，要对形状繁复的铝合金零件进行加工余量处理。在加工铝合金材料时，铝合金材料会进行摩擦，从而使铝合金零件的表面晶粒出现错位变形以及硬化的现象。而产生的热量在切削中也会导致变形，使铝合金零件加工的尺寸之间出现误差，更有加工铝合金零件出现变形的状况。所以，针对以上出现的问题，加工人员可以使用铳刨加工方法，可运用进给量适当、切削深浅度以及转速不高的方法进行，保证加工的铝合金零件尺寸达到标准。而在进行复杂铝合金零件加工时，加工人员采用冷却液和镗床进行粗加工，不会出现切削热量影响加工精准度的现象。此外，对于特殊的较大壁厚度的铝合金零件，多采用低温热处的方法进行处理。热处理即将零件进行切削，使组织结构的精度发生变化，通过切削的作用，零件内有了应力值较大的残余应力。故运用低温退火方式处理零件变形，释放材料残余应力。

1.3 注重精加工成型过程

机械加工人要使用精加工方法，达到加工零件精准尺寸和粗糙度符合设备的标准。在加工同时还应当注意融合铝合金材料的特性，选用设备零件精准度高的加工办法。在一般情况下，加工人员以数显铳床、镗床和加工中心为主要方法运用。在进行精加工时，要挑选切削速度不慢的设备弥补加工余量不足的铝合金材料。同时还应当注意选择粗刀杆的刀具，保证达到刀具的刚度要求，弥补切削中振动影响机械加工精度的问题。机械加工人员进行工件装夹的时候，不能出现缩减装夹次数过多的情况，最好能够一步到位定位成型，使得夹紧力降低，从而弥补人为因素带来的误差问题。

刃前产生高度的温度，切削虽然能够消散大量热量，但是由于铝合金熔点太低，会造成刃前区出现半融化情况，所以机械加工人员在切削过程中应当注意切削速度。切削速度不能过快，避免造成切削热量过大，热量不能及时消除的情况。机械加工人员可以使用有良好的润滑性、冷却性能好、粘稠度不高的切削液进行机械加工，避免出现加工零件在大量高温的影响，使得加工零件强度降低，铝合金零件出现凹凸现象。而好的润滑性、冷却性能好、粘稠度不高的切削液能降低切削热量，也能够使刀具润滑，还能够使零件变形问题得到大范围的解决。

2 夹具设计

2.1 产品定位

根据零件加工工艺技术要求结合产品结构特性，零件加工时以测量基准面作为定位面，以经过预加工的壳体零件安装螺栓孔作为定位孔安装菱形销与圆柱销，这就限制住了产品的六个自由度，实现完全定位。

2.2 夹具设计步骤

夹具设计从工艺技术要求出发，将夹具设计分为两个阶段：①分析薄壁壳体零件模型(包括图纸审核和CAD模型分析)，初步设计出符合定位和夹紧原理的装夹方案;②基于上述装夹方案，根据定位位置、夹紧位置和夹紧力的大小计算出薄壁壳体件的装夹变形，并验证该方案是否满足所有的约束条件，再根据变形量大小计算出产品形位位移，并通过对比比较，从几种备选方案中选出最优方案。

2.3 夹具设计

根据以往的设计办法，对该零件加工夹具进行设计。因为被夹物体是毛坯件，所要求的精度较低，所以可以用2个浮动定位销，3个辅助支撑、3个支撑钉。再根据实际情况在夹具上选取3个适合作为压紧点的部位用气缸压紧，将完成的夹具对若干个毛坯件进行测试。

根据测量结果，其中有三个点的平面度严重不符合设计图纸的要求，发生了很大形变。究其原因，是这三处并没有实行加强保护措施，夹具距离较远，压紧力超出了承受范围。

2.4 夹具改进设计

改进主要是有效解决零件形变问题，在零件形变区域加上加强筋用来固定。改进后的夹具与原有相比，增加了一个压紧点，且对三个辅助支撑位进行了适当调整。改进后再次进行测试。

根据测试结果，只有一个位置的平面度不符合要求，其余全部符合标准。改进前的分析：主要原因是人工辅助支撑错误，从而大大削弱了辅助支撑的作用。解决方案：将所有人工辅助支撑改为气动支撑，尽可能地避免人为因素所产生的错误。将改进前的夹具上的手动辅助支撑全部换位气动，随后再次进行测试。结果显示，毛坯件平面度已全部符合图纸设计要求。

2.5 刀具选择

对已经完成加工的零件进行粗糙度测量，该零件表面的粗糙度为Ral.6，粗糙度严重不符合设计标准，需对加工工序进行改变。原本采用的铣平面刀具全部换为普通刀具，原本一道工序增加为粗铣和精铣两道工序。由于此零件为薄壁件，加工过程会引起零件震动，长时间加工会对刀具产生非常大的损伤，所以要将刀具改为硬质合金刀具，且将前面的两道工序增加到三道，在原有的两道工序中再加上半精铣，以有效减少加工过程中零件的震动。随后对零件再次进行检测，结果各项数据符合设计要求。

结语

铝合金簿壁壳体零件的机械加工环节的综合效益的提升，离不开其该零件加工系统内部各个环节的协调，这样有利于保证日常工作的稳定开展，以满足日常机械加工环节的需要。

[1]刘志刚，赵晓燕.一种薄壁壳体零件的数控加工工艺研究[J].机床与液压，2016，14：35-37.