一種薄壁零件的制造工藝技術(shù)

1、一種薄壁零件的制造工藝技術(shù)張沖 殷東平中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第三十八研究所，安徽 合肥 230031摘 要：高精度、薄壁腔體類(lèi)零件在電子行業(yè)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，其加工制造一直存在變形不易控制、加工周期長(zhǎng)、加工成本高等難點(diǎn)。本文針對(duì)一種典型的高精度、薄壁腔體類(lèi)零件，介紹了一種優(yōu)化的加工工藝技術(shù)，應(yīng)用該技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)該類(lèi)零件的高效加工，保證加工質(zhì)量，縮短加工周期，降低加工成本。關(guān)鍵詞：薄壁零件；高速加工；鋁合金Manufacturing Technics of Thin-wall PartsZhang Chong, Yin Dong-ping（NO.38 Research Institute of Ch

2、ina Electronics Technology Group Corporation,Hefei 230031,China）Abstract: High precision and thin-wall parts are used more and more widely in electronic industry,there are some difficulties to machining these parts such as long processing cycle and high processing cost.In allusion to a typical high

3、precision and thin-wall parts,this paper introduced a optimization technics. By applying the technics we can achieve high performance machining,insure machining quality,shorten machining cycle and reduce machining cost for thin-wall parts.Key words: Thin-wall Parts, High Speed Machining, Aluminum al

4、loy高精度、薄壁腔體類(lèi)零件在軍事電子行業(yè)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，該類(lèi)零件一般由鋁板整體加工而成，材料去除率最達(dá)90%以上。同時(shí)，該類(lèi)零件的一個(gè)顯著生產(chǎn)特點(diǎn)是品種多、批量小，甚至是單件生產(chǎn)。這種結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和生產(chǎn)模式?jīng)Q定了其制造技術(shù)一直處于不成熟狀態(tài)，加工制造一直存在加工周期長(zhǎng)、加工成本高、加工精度不易控制等難點(diǎn)。高精度、薄壁腔體類(lèi)零件金屬切除量大、工件壁薄、剛性低，加工中需要解決的主要問(wèn)題是控制和減小變形，在此基礎(chǔ)上，希望盡可能提高切削效率、縮短加工周期。需要從工件裝夾、工序安排、走刀路線(xiàn)、切削用量參數(shù)、刀具選用等多方面進(jìn)行優(yōu)化。1.工藝性分析某產(chǎn)品平板裂縫天線(xiàn)輻射腔體（見(jiàn)圖1），截面尺寸295mm3

5、96mm,厚9mm，腔深8mm，腔體底部、腔體中間縱向和橫向隔柵厚度均為1mm，所有圓角均為R0.5。內(nèi)腔形狀和位置尺寸精度0.03mm，由鋁板整體加工而成。該輻射腔體為典型的高精度、薄壁、腔體類(lèi)零件，具有薄壁、高精度、低剛性特點(diǎn)。加工中需要解決的主要問(wèn)題是控制和減小變形。影響和造成工件加工變形的主要因素是毛坯內(nèi)的殘余應(yīng)力、切削力和切削熱產(chǎn)生的應(yīng)力以及工件裝夾產(chǎn)生的應(yīng)力和變形等。由于薄壁零件本身的剛性較差，加工后殘余的各種應(yīng)力更易于使工件產(chǎn)生變形，同時(shí)“機(jī)床-工件”系統(tǒng)剛性較差易于產(chǎn)生顫振，影響工件表面質(zhì)量。此外由于輻射腔底板密布耦合縫，不能采用常用的真空吸附裝夾方式，裝夾方式的選擇十分重要和

6、關(guān)鍵?；痦?xiàng)目：總裝先進(jìn)制造技術(shù)預(yù)研課題（項(xiàng)目編號(hào)：413181501）作者簡(jiǎn)介：張沖（1973-），男，畢業(yè)于合肥工業(yè)大學(xué)，工程師，主要從雷達(dá)產(chǎn)品工藝技術(shù)研究工作。圖1 薄壁腔體零件及局部放大圖在傳統(tǒng)工藝中，為了減小和消除各種應(yīng)力對(duì)工件變形的影響，保證加工精度，增加了多道熱處理工序消除加工應(yīng)力，這使得加工周期較長(zhǎng)、加工成本較高。采取何種工藝措施和手段，控制和減小工件變形，以縮短加工周期、降低加工成本、保證加工質(zhì)量，成為優(yōu)化傳統(tǒng)加工工藝的重點(diǎn)和關(guān)鍵。2. 制造工藝技術(shù)2.1 工藝流程設(shè)計(jì)針對(duì)圖1所示輻射腔體制造工藝性，我們?cè)O(shè)計(jì)了優(yōu)化的加工工藝流程（見(jiàn)圖2），與傳統(tǒng)工藝流程相比（圖3），優(yōu)化后的

7、工藝流程去除了粗加工、半精加工和一道熱處理工序，避免了多次的裝夾，程序設(shè)計(jì)和工裝設(shè)計(jì)，可大大的縮短加工周期，提高加工效率，降低加工成本。采用圖2所示優(yōu)化工藝流程，加工周期可縮短50%以上。高速銑耦合縫輻射腔備料銑熱處理檢驗(yàn)鉗工圖2 優(yōu)化加工工藝銑粗加工熱處理備料半精加工熱處理精加工檢驗(yàn)圖3 傳統(tǒng)加工工藝在圖2和圖3所示工藝中，銑削工序?yàn)榧庸っ髁鶄€(gè)面，為數(shù)控加工提供初始的工藝基準(zhǔn)，熱處理工序以去除毛坯內(nèi)的殘余應(yīng)力和加工應(yīng)力為主要目的。針對(duì)圖2優(yōu)化加工工藝流程，普通銑工序中，采用真空吸附裝夾方式，加工毛坯六個(gè)面，在四周預(yù)留6mm余量，作為工藝壓邊。并對(duì)上下兩個(gè)大面的平面度提出了較高的要求（平面度

8、0.08），為下道工序提供工藝基準(zhǔn)。熱處理工序去除毛坯內(nèi)殘余應(yīng)力，消除毛坯應(yīng)力對(duì)工件變形的影響。在高速銑削工序中，首先采用真空吸盤(pán)裝夾方式，精加工上表面，在四角處側(cè)邊分別光出長(zhǎng)100的工藝基準(zhǔn)邊，加工出所有耦合縫。翻轉(zhuǎn)后四周搭壓板并配合磁力吸附裝夾，找正工藝基準(zhǔn)，精光上表面，達(dá)厚度尺寸后，加工所有輻射腔體，小切削量加工四周預(yù)留工藝余量。鉗工去除所有毛刺。2.2 高速銑削加工技術(shù)高速切削加工技術(shù)代表著切削加工技術(shù)最高水平，在國(guó)內(nèi)外已經(jīng)得到了較廣泛的應(yīng)用，高速切削加工中的“高速”是一個(gè)相對(duì)概念，在不同切削條件下，切削速度并不相同，線(xiàn)切削速度是一個(gè)基本條件。目前最常沿用的一種觀點(diǎn)是高速切削加工是指線(xiàn)

9、速度在（500-7000）m/min的切削加工。高速切削加工有四個(gè)顯著的優(yōu)點(diǎn)：高效率、高精度和高表面質(zhì)量、低切削溫度和低切削力。 高效率高速切削加工的特點(diǎn)是小切深、高進(jìn)給，目前常用的高速切削加工主軸轉(zhuǎn)速一般在（15000-35000）r/min，切削進(jìn)給速度一般在（4000-12000）mm/min，通常情況下，高速切削加工的效率是普通數(shù)控加工的（3-6）倍，高速切削加工的高效性在三維空間曲面的精加工中表現(xiàn)的優(yōu)為顯著。 高精度和高表面質(zhì)量高速切削加工技術(shù)對(duì)高速切削加工機(jī)床系統(tǒng)的要求較高，高速切削加工機(jī)床本身就是高檔機(jī)床，其加工精度相對(duì)普通加工中心要高。切削過(guò)程中影響工件表面質(zhì)量的主要因素有切削

10、時(shí)產(chǎn)生的積屑瘤、磷刺、振動(dòng)以及切削刃的刃磨質(zhì)量、工件材料組織的缺陷、切削液使用情況等。高速切削與普通切削相比，切削速度快、材料變形速度快、應(yīng)變率大，不易產(chǎn)生積屑瘤及磷刺，同時(shí)，由于切削速度較快，切削表面來(lái)不及產(chǎn)生塑性變形，切削加工已經(jīng)完成。高速切削加工對(duì)刀具系統(tǒng)動(dòng)平衡要求較高，切削時(shí)振動(dòng)性相對(duì)普通切削加工要好。因此，高速切削加工精度和表面質(zhì)量非常好。 低切削力和低切削溫度高速切削加工與普通切削加工相比，切削力、尤其徑向切削力可降低30%以上。由于切削速度高，切削熱來(lái)不及傳到工件、大部分被切屑帶走，一般認(rèn)為大約有90%以上切削熱被切屑帶走。因此，高速切削加工過(guò)程中產(chǎn)生的應(yīng)力可控制在很小的水平，這

11、為高精度薄壁零件的高效加工提供了可能和技術(shù)支撐。在本文所涉及的輻射腔體加工中，采用高速銑削加工技術(shù)，可以控制加工中由于切削引起的加工變形，省去粗加工、半精加工和熱處理工序，實(shí)現(xiàn)輻射腔體一次加工成型。大大的縮短工件的加工周期。同時(shí)，較好的保證了工件的尺寸精度和表面質(zhì)量。2.3防變形裝夾技術(shù)防變形裝夾技術(shù)也是實(shí)現(xiàn)薄壁零件高效加工的關(guān)鍵，實(shí)現(xiàn)防變形裝夾的關(guān)鍵是裝夾時(shí)確保零件基準(zhǔn)面與工作臺(tái)面或夾具基準(zhǔn)面自然、致密貼合，零件基準(zhǔn)面多點(diǎn)均勻受力緊固。這種裝夾對(duì)零件基準(zhǔn)面平面度提出了更高的要求。前面提到由于輻射腔底部密布耦合縫，在加工輻射腔體時(shí)無(wú)法采用真空吸附的裝夾方式。選擇何種裝夾方式，有效的減少裝夾變形

12、，同時(shí)避免零件在加工時(shí)顫振，保證工件的加工精度和表面質(zhì)量，是加工輻射腔體的關(guān)鍵。在高速銑削工序中加工輻射腔體時(shí)，我們采用了四周預(yù)留工藝裝夾余量，搭壓板裝夾。由于零件截面尺寸較大，僅靠四周搭壓板無(wú)法保證加工時(shí)中心區(qū)域的可靠裝夾，如果不采取特殊的工藝措施和手段，中心區(qū)域在加工是時(shí)會(huì)顫振，影響工件尺寸精度和表面質(zhì)量。針對(duì)該零件的特點(diǎn)，我們采取了從中心向兩側(cè)逐漸擴(kuò)散、對(duì)稱(chēng)加工的刀具軌跡。每次加工2個(gè)輻射腔，精加工到位后在腔底部加磁力塊，通過(guò)磁力吸附進(jìn)行裝夾加強(qiáng)，使得加工后剛性較弱的中心區(qū)域緊貼工作臺(tái)面，避免工件中心區(qū)域翹曲變形和振動(dòng)影響工件加工尺寸精度和表面質(zhì)量。通過(guò)采取上述的工藝措施和工藝手段，如高速銑削時(shí)的工序安排、走刀路線(xiàn)、切削參數(shù)優(yōu)化、裝夾方式等，加工出的零件可以滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。實(shí)踐證明，圖2所示的工藝流程，可以大大的縮短上述薄壁零件的加工周期，降低加工成本。3.結(jié)論對(duì)于高精度薄壁、腔體類(lèi)零件，實(shí)現(xiàn)高效、高精度加工的關(guān)鍵有兩點(diǎn)：一是采用高速切削加工技術(shù)，高速切削加工具有低切削力、低切削溫度、高效率的特點(diǎn)，是實(shí)現(xiàn)免時(shí)效一次加工成型工藝流程，縮短加工周期的關(guān)鍵；二是選用合適的防變形裝夾技術(shù)，減