薄壁錐度工件的加工

■陜西渭河工模具有限公司　(寶雞　722405)　白 妮

薄壁錐度工件的加工

■陜西渭河工模具有限公司(寶雞722405)白 妮

摘要：薄壁錐度工件是航天某型號(hào)零件的關(guān)鍵工件。通過(guò)多次試驗(yàn)，結(jié)合多次熱處理（即時(shí)效處理）控制變形，再利用工藝頭、加工工裝及優(yōu)化加工工藝，解決了加工薄壁LY12-cz材料易變形的難點(diǎn)問(wèn)題，保證了零件精度，達(dá)到了圖樣設(shè)計(jì)要求和使用要求。

在航天、航空領(lǐng)域，對(duì)零件的質(zhì)量要求嚴(yán)格，對(duì)傳動(dòng)中非承載的零件一般采用鋁合金材料，這樣既可減輕質(zhì)量又能降低成本，同時(shí)滿足零件之間的相互配合精度要求、強(qiáng)度要求和使用要求；特別是對(duì)相互結(jié)合的、有高精度要求的接合面處，通常采用錐度配合，實(shí)現(xiàn)其精確定位，達(dá)到其工作性能要求。下面就以某型號(hào)零件的外殼為例來(lái)說(shuō)明此類零件的加工方法。

1. 零件結(jié)構(gòu)

外殼（見(jiàn)圖1）屬于薄壁錐度零件，材料為L(zhǎng)Y12-cz，該材料加工過(guò)程中受溫度影響尺寸變化較大。為了達(dá)到圖樣設(shè)計(jì)精度要求，加工過(guò)程必須對(duì)其采用多次定性處理；同時(shí)每次車削量不能太大，否則切削過(guò)程中產(chǎn)生的熱量容易使已加工合格的尺寸受切削熱影響而超差報(bào)廢。

圖1　外殼示意圖

2. 工藝分析

該零件屬于薄壁錐度工件，加工過(guò)程中不能直接夾持工件外圓，需加長(zhǎng)工件為后續(xù)加工的夾持或定位做工藝頭。綜合外殼的特點(diǎn)，對(duì)其形成以下工藝路線：備料→粗車→定性1→半精車1→定性2→半精車2→銑車→線切割1→定性3→精車1→加工中心→線切割2→精車2→鉗工→表面處理。下面各工序以有工藝頭的外殼（見(jiàn)圖2）來(lái)進(jìn)行工藝分析。

（1）備料：直徑為125mm、長(zhǎng)度為146mm的毛坯料。

（2）粗車：粗車時(shí)加工余量大，車削過(guò)程中需要加冷卻液冷卻，車削時(shí)按圖2所示尺寸各直邊處留量3.0～3.5mm，110mm兩直邊外圓車成φ124mm，φ48mm

內(nèi)錐按照最小端處留量2mm（即車成φ30mm），外錐φ88mm處按照最大端留量3mm（注意錐面留量時(shí)，內(nèi)孔按照小端尺寸留量，外圓按照大端尺寸留量，保證后續(xù)加工有余量）。

圖2　有工藝頭的外殼示意圖

（3）定性1（油煮）：粗車加工余量較大，定性時(shí)間長(zhǎng)，控制在48h以上，為了保證LY12-cz原材料的機(jī)械性能，定性的溫度控制在100～120℃，使粗加工產(chǎn)生的切削應(yīng)力減小，使零件內(nèi)部組織重新分布以減小變形。

（4）半精車1：由于工件壁薄不能直接夾持工件外圓，夾持工藝頭（此處工藝頭φ108mm車成φ110mm）車削φmm外圓，此處車削成φ101h7，要求φ101h7一致性控制在0.03mm以內(nèi)，其余各直邊外圓雙邊留量2mm，車削外錐面時(shí)按15°錐面雙邊留量2.0～2.5mm。首先夾持工藝頭同次車φ101h7外圓和與其相接的右大端面，保證右端面與φ1 0 1 h 7外圓垂直度小于0.02mm；其次用開(kāi)口鑄鐵套按照?qǐng)D3所示方法裝夾（其中開(kāi)口鑄鐵套如圖4所示，先同次車削φ101H7孔和19mm右端面，且保證兩者的垂直度在0.02mm以內(nèi)；以孔為基準(zhǔn)車削φ111mm外圓和20mm左端面，垂直度在0.02mm以內(nèi)；最后銑寬1mm的開(kāi)口槽，即開(kāi)口鑄鐵套加工完成），用φ101H7孔和19mm右端面定位鏜零件各內(nèi)孔，鏜各直邊處內(nèi)孔按直徑雙邊留量1.2～1.5mm，鏜內(nèi)錐孔按10°錐面雙邊留量2mm。此處利用開(kāi)口鑄鐵套輔助夾持工件，使工件外圓夾緊力均勻，工件受力減小，變形也減小；同時(shí)加工過(guò)程中定位基準(zhǔn)相同，保證了加工各孔尺寸的一致性。此處加工φmm和φmm孔分別車削成φ88.5H8和φ68.5H8，成為加工基準(zhǔn)、為后續(xù)加工做的定位。

（5）定性2：對(duì)工件再次定性減小加工過(guò)程中產(chǎn)生的應(yīng)力，降低工件各處變形影響，與定性1不同的是，此次定性控制在24～26h即可。

圖3

圖4　開(kāi)口鑄鐵套

（6）半精車2：加工方法與半精車1工序相同，不同的是此處加工余量較小，加工前先找正基準(zhǔn)，加工本道工序時(shí)按成品尺寸給下道工序留0.8～1.0mm余量。車削時(shí)本道工序特別注意加長(zhǎng)頭φ108mm外圓和尺寸7mm左端面同次車成，且保證外圓與端面垂直度小于0.015mm。此處110mm

兩直邊外圓車成φ122mm。

（7）銑車：以圖2中尺寸7m m左端面和φ108h8外圓為基準(zhǔn)對(duì)稱壓緊加長(zhǎng)頭11m m的右端面如圖5所示。首先，對(duì)稱銑φ122mm外圓成110mm寬兩直邊，且兩直邊面平行度小于0.02mm；其次，保證距成活中心距尺寸為88mm處在φ56mm外圓中間處打φ24mm錐孔成φ22mm直孔。

圖5

（8）線切割：夾持尺寸1 1 0 m m兩直邊保證距成活中心距為1 0 5 . 1 6 m m（即103.16mm+2mm，其中2mm為后序的加工余量）處切45°直邊。切直邊時(shí)注意其與φ22mm孔位置關(guān)系。

（9）定性3：對(duì)工件進(jìn)行第三次定性處理，又再一次使切削力釋放，工件內(nèi)部應(yīng)力再進(jìn)一步減小，此時(shí)定性24h，溫度同樣控制在100～120℃。

各內(nèi)孔和內(nèi)端面全部合格后取下工件。然后再利用圖9所示定位心軸壓蓋工裝，將工件以φm m孔和（2 2 . 6± 0.02）mm的右端面定位裝到圖9所示定位心軸φ70h6外圓上，并通過(guò)定位心軸右端面限定工件（22.6±0.02）mm的右內(nèi)端面；同時(shí)，由于外殼屬于薄壁零件，不能直接壓在工件的右端面，而是采用定位壓蓋直接壓在與定位心軸貼實(shí)的工件右端面上，解決了工件受力而變形的問(wèn)題。最后通過(guò)螺釘壓緊工件。車削時(shí)用定位心軸右端面對(duì)刀確定車削余量后再車削15°±1′外錐面和工件（22.6±0.02）mm左端面，每次車削量控制在0.2～0.3mm，這樣既能防止工件變形，同時(shí)又能達(dá)到零件的表面粗糙度質(zhì)量要求。用定位心軸右端面定位既是外殼的加工定位基準(zhǔn)，又是對(duì)刀基準(zhǔn)，形成定位與加工基準(zhǔn)統(tǒng)一，使尺寸（22.6±0.02）mm一致性在0.01mm以內(nèi)，精準(zhǔn)達(dá)到圖樣設(shè)計(jì)尺寸和精度要求。

圖6　心軸

圖7　壓蓋

圖8

（11）加工中心（立式加工中心）：加工該工件時(shí)首先將加

工中心機(jī)床附件圓轉(zhuǎn)臺(tái)（也叫分度盤(pán)）固定在加工中心工作臺(tái)面上；其次將平口鉗按照如圖10所示用壓板和螺栓固定在圓轉(zhuǎn)臺(tái)的臺(tái)面上，固定平口鉗時(shí)必須拉直平口鉗的定口鉗平面在0.01mm以內(nèi)，作為固定工件的定位基準(zhǔn)；最后用平口鉗夾持110mm兩直邊，夾持工件時(shí)首要是找正φmm和φ56mm外圓直徑某一母線的直線性在0.015mm以內(nèi)，保證夾持工件中心平面與平口鉗的鉗口垂直。加工時(shí)用尺寸mm右端面對(duì)刀保證距成活左端面中心距（88±0.03）mm要求后同一次鏜φm m孔、φ24mm孔和20°錐孔及各孔深度尺寸達(dá)設(shè)計(jì)要求，通過(guò)同一基準(zhǔn)面對(duì)刀保證尺寸一致性在0.02mm以內(nèi)。此錐孔加工完成后，將圓轉(zhuǎn)臺(tái)工作臺(tái)面旋轉(zhuǎn)-135°（見(jiàn)圖11），精鏜45°斜面上φmm和φ59mm孔及各孔深度，加工各孔全部合格，并同次銑45°斜面，保證距零件成活左端面中心距為（103.16±0.05）mm。此處加工中心鏜孔和銑削面時(shí)吃刀量控制在0.2～0.3mm，防止工件受切削熱或工件受力變形而報(bào)廢。

（13）精車2：再次利用定位心軸壓蓋工裝（見(jiàn)圖9），并按照?qǐng)D示方法裝夾工件固定在車床上，車削左端面保證外殼總長(zhǎng)144mm和精度要求。

（14）鉗工、表面處理……按照這種工藝路線加工的外殼零件達(dá)到了圖樣設(shè)計(jì)要求，零件各尺寸、各形位公差和表面粗糙度全部滿足要求，外殼交付給用戶使用合格。

圖9

圖10

3. 結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)多次定性處理解決了LY12-cz加工中易變形的難題，對(duì)如外殼這樣的薄壁錐度工件采用多道工序逐步加工的方法，并利用工藝優(yōu)化方法，采用工藝頭和輔助工裝的辦法，配以高精度的加工設(shè)備加工其各外圓、各孔、各端面及各錐面尺寸，全部達(dá)到圖樣設(shè)計(jì)的精度要

求，同時(shí)也達(dá)到了形位公差和表面粗糙度要求，使薄壁錐度零件滿足使用要求，得到了用戶的好評(píng)。

圖11

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專家點(diǎn)評(píng)

文中的這種工件屬于薄壁工件，加工難度較大，作者提供了一些輔助工裝，有效地解決了裝夾和加工變形的問(wèn)題，對(duì)讀者有一定的指導(dǎo)意義。

收稿日期：（20150525）