一種薄壁零件的工藝方法及工裝設(shè)計

王珂

摘 要：殼體零件壁薄，型腔開放，材料去除率大于95%，加工極易產(chǎn)生變形，通過合理的工藝工程，合適的定位裝夾方式，優(yōu)化的加工參數(shù)及有效的工裝，實現(xiàn)了對零件變形量的控制，保證了加工合格率。

關(guān)鍵詞：工藝路線 工藝凸臺 工裝設(shè)計

1 零件分析

1.1 零件結(jié)構(gòu)特點

殼體2使用原材料為牌號2A12的去應(yīng)力狀態(tài)（T351）鋁板，其結(jié)構(gòu)如圖1所示，尺寸如圖2所示，零件外輪廓尺寸長寬高為113×77×20，底面厚度1.8-3.8，側(cè)壁厚度1.5，尺寸精度要求不高，正反兩面均有加工內(nèi)容，表面要求轉(zhuǎn)化處理。

1.2 加工難點分析及解決方法

如圖1圖2所示，零件底面有型腔延伸至側(cè)面開口，有缺口不完整，不適合直接用于定位，零件正面型腔凸臺較多，側(cè)壁薄，不適合設(shè)置可靠的壓緊點，導致零件定位裝夾不方便；零件結(jié)構(gòu)底面?zhèn)缺诒?，型腔開放，整體剛性較差，加工中易產(chǎn)生變形。

針對零件定位夾緊問題，通過補全定位面，合理設(shè)置夾緊用工藝凸臺可以很好解決，具體方式如圖3所示，底面向外延伸將零件型腔包含進去，形成一個完整的定位面，如圖4所示，零件兩側(cè)及一個端面增加定位壓緊用臺階，加工過程中大面壓緊，實現(xiàn)可靠定位，保證壓緊不對零件產(chǎn)生變形。

針對易變形問題，主要從以下方面來進行控制：根據(jù)零件結(jié)構(gòu)特點，增加輔助支撐以增加加工時的剛性，如圖4所示，增加側(cè)壁厚度保證加工時的剛性，一側(cè)端面開放釋放變形，另一側(cè)端面封閉抵抗變形；設(shè)置合理的夾緊點，避免裝夾應(yīng)力產(chǎn)生的變形，如圖4所示兩側(cè)臺階及端面壓緊；合理分配加工余量，分粗加工、半精加工，精加工來控制變形量；合理設(shè)置加工參數(shù)，盡量減小因切削力大產(chǎn)生的變形；在精加工前增加去應(yīng)力時效工序或使用去應(yīng)力材料等。

2 工藝規(guī)劃

2.1 工藝路線的擬定

根據(jù)上述分析，為有效控制變形量，零件加工工藝過程需細分粗加工、半精加工和精加工，并盡量選擇切削力小的加工方式，按此思路擬定工藝路線如下：

0工序下料：選用T351去應(yīng)力狀態(tài)鋁板，并避免使用剪切下料方式，防止產(chǎn)生新的殘余應(yīng)力；5工序銑：銑六方，去大余量，出粗基準；10工序數(shù)控銑：加工開口型腔，去除大部分余量同時釋放材料應(yīng)力，加工兩側(cè)臺階做壓緊點，零件外輪廓留大余量作輔助支撐，精加工上表面做精加工基準，使用不大于φ10立銑刀并控制切小于2；15工序鉗：去10工序毛刺；20工序數(shù)控銑：加工背面內(nèi)容，精加工兩側(cè)及型腔開口一側(cè)端面做30工序基準；25工序鉗：去20工序毛刺；30工序數(shù)控銑：加工型腔內(nèi)部所有內(nèi)容，使用≤φ8立銑刀并控制切深≤1；35工序鉗：去30工序毛刺；40工序線切割：定位夾緊方式同30工序一致，按零件外輪廓切下零件，去掉輔助支撐部分和壓緊凸臺；45工序鉗：去所有毛刺，局部倒角及攻絲；50工序檢驗：檢驗外觀及尺寸；55工序轉(zhuǎn)化處理；加工過程如圖5所示：

2.2 加工方案

2.2.1 定位裝夾

在上述工藝路線中，定位方式一致，均使用大面及兩側(cè)面完全定位，區(qū)別在于夾緊方式不同，10工序數(shù)銑虎鉗夾緊兩側(cè)面；20工序數(shù)控銑在虎鉗夾緊兩側(cè)面前，需要在開口一側(cè)內(nèi)腔塞堵頭；30工序和40工序壓緊方式一致，兩側(cè)臺階端面壓緊，壓板不高于零件需要加工的上表面，利于程序編制和走刀。

2.2.2 刀具選擇

在上述數(shù)控銑工序中，為避免零件殘余應(yīng)力過大導致零件變形大，切削力要盡量小，不宜選擇直徑較大的刀具；型腔側(cè)邊內(nèi)圓角R2.5最大，清根使用刀具直徑不大于φ5，且切削刃應(yīng)較短以免振刀甚至刀具折斷；如圖6所示零件部分高度2，需要倒角C0.5，倒角邊緣離側(cè)邊凸臺2，為保證倒角完整，倒角刀最大直徑不大于φ3.5，為方便零件程序調(diào)試和加工，三角形倒角刀應(yīng)把刀尖部分磨平成為梯形倒角刀。

3 工裝設(shè)計

零件在30工序數(shù)控銑和40工序線切割加工中需要制作專門的工裝用于定位壓緊。在30工序中，零件一面已經(jīng)加工完成，要保證零件合格，最優(yōu)方案是保證30工序加工基準與20工序加工基準一致。20工序基準在零件上表面與型腔開口一側(cè)表面及兩側(cè)面的中心面相交處，據(jù)此敲定30工序所用工裝定位方式如圖7所示：大面限制三個自由度，側(cè)面限制兩個自由度，銷子限制一個自由度，從而實現(xiàn)零件完全定位。

在40工序線切割中，定位方式同30工序一致，區(qū)別在于線切割加工在切下零件的同時也會切開工裝，需要考慮怎樣重復(fù)使用工裝，最終設(shè)計如圖8所示：在零件切割起點處打上穿絲孔，讓切割過程成為半封閉過程，當零件被完全切下時，工裝被局部切開，但仍然是一體的；同時固定零件和毛坯，讓切割過程無相對位移，保證過程平穩(wěn)。

上述工裝寬度方向尺寸按照零件寬度上差加工，，零件放置配合間隙最大0.1，當零件放不進或者間隙偏大，則上工序加工的零件尺寸大概率有問題，正常加工可能導致零件尺寸不合格，此方法一定程度保證了零件的合格率也保證了零件加工的一致性。

總結(jié)

按照上述方案，零件變形量控制在了理想范圍內(nèi)，零件尺寸合格，一致性在0.1以內(nèi)，滿足圖紙要求，利于批量生產(chǎn)。

參考文獻

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