薄壁工件銑削工藝分析與加工探究

李智威

機(jī)械制造業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，它的發(fā)展直接影響到國民經(jīng)濟(jì)各部門的發(fā)展，也影響到國計(jì)民生和國防力量的加強(qiáng)，因此，各國都把機(jī)械制造業(yè)的發(fā)展放在首要位置。薄壁工件因?yàn)榫哂泄ぜY(jié)構(gòu)比強(qiáng)度高、相對重量輕等優(yōu)點(diǎn)，已日益廣泛地應(yīng)用到航行工業(yè)、電子工業(yè)等行業(yè)。但薄壁工件的加工去除率多，有的甚至占90%，薄壁工件壁薄、剛性差、強(qiáng)度弱，在加工中極易變形，不易保證零件的加工質(zhì)量。如何提高薄壁工件的加工精度將是人們越來越關(guān)心的話題。

在薄壁工件的加工過程中，影響切削加工的因素有：加工材料的切削性能，加工方法，刀具材質(zhì)，刀具幾何形狀，刀尖R角與表面粗糙度，切削條件，切削力，切削液，斷屑槽，切屑，機(jī)床剛性等。我們發(fā)現(xiàn)不合理的切削用量參數(shù)會(huì)引起彈性變形，扭曲變形以及顫振會(huì)影響工件加工精度和表面質(zhì)量。因此，加工中需要解決的主要問題是控制和減小變形、提高加工精度，在此基礎(chǔ)上，希望盡可能提高切削效率、縮短加工周期。

1.工藝性分析

鋁合金墊壓封口工件工程圖，截面尺寸270mm×146.65mm，厚30mm，工件均勻分布11條橫向隔柵，厚度均為2mm，高15mm，溝槽寬度為11mm。隔柵的形狀和位置尺寸精度±0.03mm，表面粗糙度要求較高，為Ra1.6。該墊壓封口工件由鋁合金板整體加工而成，是高精度、薄壁、溝槽類零件，具有薄壁、高精度、低剛性特點(diǎn)。

2.制造工藝技術(shù)

本文的重點(diǎn)是探討論工件材料、刀具及機(jī)床三者的特性及它們相互關(guān)系，進(jìn)行材料銑削加工參數(shù)與工藝的選用。

（1）工藝流程設(shè)計(jì)

針對鋁合金墊壓封口工件制造工藝性，我們設(shè)計(jì)了加工工藝流程，加工分粗、精加工兩個(gè)階段進(jìn)行，以保證精度和表面粗糙度要求。同時(shí)根據(jù)工件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，工件都為臥式放置，以底面A定位，設(shè)置工藝孔進(jìn)行，采用兩孔一面定位，兩個(gè)工藝孔設(shè)置在工藝凸臺(tái)上，定位狀態(tài)較好。減少裝夾次數(shù)，提高裝夾剛度以滿足垂直度要求，可大大的縮短加工周期，提高加工效率，降低加工成本。

（2）確定加工順序及進(jìn)給路線

加工薄壁零件的關(guān)鍵在于切削過程的穩(wěn)定性。大量的實(shí)驗(yàn)工作證明， 隨著零件壁厚的降低， 零件的剛性減低， 加工變形增大， 容易發(fā)生切削振顫，影響零件的加工質(zhì)量和加工效率。J. Tlusty等人提出了充分利用零件整體剛性的刀具路徑優(yōu)化方案。

銑削方向的決定：采用逆銑時(shí)，切削由薄變厚，刀齒從已加工表面切入，對銑刀的使用有利。逆銑時(shí)，當(dāng)銑刀刀齒接觸工件后不能馬上切入金屬層，而是在工件表面滑動(dòng)一小段距離，在滑動(dòng)過程中，由于強(qiáng)烈的磨擦，就會(huì)產(chǎn)生大量的熱量，同時(shí)在待加工表面易形成硬化層，降低了刀具的耐用度，影響工件表面光潔度，給切削帶來不利。

（3）切削用量參數(shù)設(shè)計(jì)

合理切削用量參數(shù)的選擇，不僅確保薄壁工件加工的精度，而且是機(jī)床發(fā)揮效能、處于最佳工作狀態(tài)的保證。因此切削量要根據(jù)機(jī)床剛性、刀具直徑、刀具長度、工件材料、粗加工或精加工模式而定。

銑削力對刀具變形、工件變形、刀具壽命、加工表面質(zhì)量均有重要影響，是計(jì)算切削功率，設(shè)計(jì)和使用機(jī)床、刀具、夾具和優(yōu)化加工工藝不可缺少的依據(jù)，并直接影響切削熱的產(chǎn)生。由于缺乏精確的切削力信息，在生產(chǎn)車間實(shí)際加工中通常采用較保守的加工條件，致使加工效率降低和生產(chǎn)成本提高。

①切削功率計(jì)算公式

刀具性能也直接影響了加工工件的精度。刀具材料選擇必須耐磨、抗沖擊能力好（包括熱沖擊與力沖擊）、硬度高、與工件材料親和力?。涣硗獗仨毟鶕?jù)工件材料和加工性質(zhì)來選擇；一般情況下，主軸轉(zhuǎn)速超過4500r/min后，不使用高速鋼刀具，多采用硬質(zhì)合金刀具；硬質(zhì)合金刀具具硬度高，耐磨性好，耐熱性高，允許的切削速度比高速鋼高數(shù)倍，提高了加工效率，但其強(qiáng)度和韌度均較高速鋼低。我們采用的是直徑是8mm的鎢鋼銑刀，它的切削速度為90—170m/min。

②切削力對工件變形影響

在加工過程中，切向銑削分力Fz是消耗功率的主要銑削力，徑向銑削分力Fy作用在銑刀的半徑方向上，主要使刀桿彎曲變形；工件所受的銑削分力來自走刀抗力FH，垂直銑削分和軸向銑削分力Fo，精加工時(shí)，本工件變形主要受走刀抗力FH的影響，因此工件的變形情況主要計(jì)算走刀抗力FH就可以了。由切削功率的簡化公式Pc=FzVc×10-3，其中Fz為切削力，Vc為切削速度，可得：

由此可見，在本工件采用的切削用量參數(shù)對薄壁變形的影響很小，可以采用。

（4）切削液對加工質(zhì)量影響

銑削加工會(huì)產(chǎn)生的大量熱能，切削液能降低工件溫度，減小工件的熱變形，控制殘余應(yīng)力和微觀裂紋的產(chǎn)生。在進(jìn)行開粗加工時(shí)，高速切削，切削液強(qiáng)勁的沖擊銑刀，沒有被銑刀甩出去的殘屑滯留在銑刀的容屑槽里，這時(shí)只有靠切削液的沖擊來完成對殘?jiān)募皶r(shí)清理。

通過采取上述的工藝措施和工藝手段，如銑削時(shí)的工序安排、走刀路線、切削參數(shù)優(yōu)化、裝夾方式等，加工出的零件可以滿足設(shè)計(jì)要求。實(shí)踐證明，上述工藝流程，可以大大的縮短上述薄壁零件的保證加工精度，降低加工成本。

對于高精度薄壁、溝槽類零件，實(shí)現(xiàn)高效、高精度加工，本文主要討論根據(jù)機(jī)床采用合理銑削加工技術(shù)，合理的工藝措施，如如工序安排、走刀路線、合理的切削用量參數(shù)等。