摘要：通过对异形薄壁铝合金零件的分析与应用，探讨该零件的加工工艺，以解决零件变形及加工效率低的问题，为加工类似零件提供一种参考。
关键词：异形薄壁；工艺耳片；去除率
中图分类号：TG54文献标识码：A文章编号：2095-0748(2016)02-0042-03
作者简介：周平（1980—），女，辽宁大连人，本科，讲师，现从事数控技术研究
引言
在与企业合作过程中，我们承接了异形薄壁零件的批量加工任务。该零件是飞机上的结构件，具有壁厚薄，结构复杂，材料去除率在85%以上及加工精度要求高等特点。针对该零件的特点，产生了较多的加工方法，各种方法都存在着一定的加工精度及效率方面问题。使用五轴数控机床，一次性装夹零件上设置的工艺凸台，可完成该零件的加工要求。该方法的优势：零件不变形，加工精度高；该方法的缺点：五轴机床的使用增加了零件加工成本。使用三轴数控铣床，应用专用夹具，也可保证该零件的加工要求。该方法的优势：零件的加工成本低；该方法的缺点：零件薄壁部分容易变形，加工精度不稳定，加工效率低。通过对存在问题的分析与研究，在毛坯上设置工艺耳片。利用耳片对该零件进行加工及测量,解决异形薄壁零件的加工效率低、加工精度不稳定及成本较高的难题。根据数据分析可知：零件结构较为复杂，由曲面、平面轮廓、孔要素组成；零件壁薄且不均匀，需要合理确定工艺方案及切削用量；零件上下表面都是加工部位，需要合理确定装夹方案；零件质量较轻。按照常规的基本加工方案：使用专门夹具，先加工正面，再加工反面。该方案有两方面的不足：零件变形，加工效率低。通过对常规工艺方案的优化，采取下列基本方案可解决变形问题：第一步是取大于零件轮廓尺寸的毛坯材料；第二步是加工毛坯材料上指定的定位表面；第三步是围绕零件去除多余材料。同时，保证正面腔底与反面腔底之间有筋板，其厚度是使零件不从毛坯上掉落下来；第四步是用钳工工具，从毛坯材料上取下零件，对零件进行其它处理。该方案涉及刀具直径与工艺耳片等问题。具体技术方案如下：
1毛坯处理
1）下料，使异形薄壁零件的毛坯基本尺寸为[L+2D+2(20～25)]×[W+2D+2(20～25)]×[H+2(2～4)]mm。其中，L为零件最大长度的基本尺寸；W为零件最大宽度的基本尺寸；H为零件最大高度的基本尺寸；D为加工异形薄壁零件外轮廓所用的最大刀具直径；2～4mm：上下表面的加工余量；20～25mm：工艺耳片的尺寸（含毛坯的加工余量2～3mm），工艺耳片作为零件定位、找正及测量基准使用。
2）加工异形薄壁零件毛坯，加工后的异形薄壁零件毛坯尺寸为[L+2D+2(18～23)]×[W+2D，+2(18～23)]×[H+2(1～2)]mm。对毛坯加工时要注意如下问题：高度方向上，毛坯的上下表面都要被加工，且表面粗糙度值小于或等于3.2um，以作为定位、找正及测量基准使用。长度和宽度方向上，毛坯的某一个指定表面被加工，且表面粗糙度值小于或等于3.2um，以作为定位、找正及测量基准使用。其它表面粗糙度值6.3μm。其中，18～23mm：工艺耳片的尺寸，其大小取决于被加工零件的大小及压板的大小；在保证夹紧零件的前提下，尽量减少其尺寸，以降低用料成本。毛坯处理阶段完成之后，毛坯可直接在数控铣床上被加工使用。
2第一次安装及加工
把异形薄壁零件毛坯安装在数控铣床工作台上，用异形薄壁零件毛坯上已加工好的表面（B，C，D）定位与找正。压板压在异形薄壁零件毛坯的工艺耳片上（距离毛坯边缘18～20mm的范围内），之后夹紧异形薄壁零件毛坯。加工异形薄壁零件毛坯上表面位置的异形薄壁部分，并达到图纸的精度要求。
3第二次安装及加工
松开压板，把异形薄壁零件翻转180°放置，用异形薄壁零件毛坯上已加工好的表面（A、C、D）定位与找正。用压板压在异形薄壁零件毛坯的工艺耳片上（距离毛坯边缘18～20mm的范围内），之后夹紧异形薄壁零件毛坯。加工异形薄壁零件毛坯下表面位置的异形薄壁部分，达到图纸的精度要求。在这一阶段，要留有联接异形薄壁零件上下部分的筋板，筋板厚度为2～4mm。该尺寸的作用，一是使异形薄壁零件不至于从耳片上掉落下来，影响异形薄壁零件的加工精度，二是便于异形薄壁零件从耳片上取下来。注：腔2结构是由薄壁筋板及空间等组成。
4把异形薄壁零件毛坯从数控铣床上取下，用钳工工具，把工艺耳片与异形薄壁零件分离，之后进行后期处理
实施该方案的有益效果是，异形薄壁零件不变形，加工精度得到保证；加工效率满足要求及加工成本低。
5案例简析
5.1毛坯处理
如加工毛坯基本尺寸为[143.5+2×12+2(20～25)]×[68.6+2×12+2(20～25)]×[25.4+2(2～4)]mm，铣削外轮廓使用直径为Φ12mm的刀具；在长度及宽度两个方向，采用四个夹紧点方式，最终取值为215mm×160mm×30mm。使用数控铣床，加工毛坯，尺寸达到210mm×155mm×26mm，除上下表面之外，标记长度及宽度方向的基准面。换用直径为Φ10mm的刀具；在宽度方向，采用两点方式夹紧工件。下料之后毛坯基本尺寸为[42.4+2（2～3）]×[95.8+2×10+2（20～25）]×[24.4+2(2～4)]mm，最终取值为45mm×145mm×30mm。在长度方向上，不使用压板夹紧工件，故不设置工艺耳片，在此方向只考虑加毛坯加工余量。改变装夹方式，铣削外轮廓使用直径为Φ10mm的刀具；在长度方向，用两个压板夹紧工件。下料之后毛坯基本尺寸为[143.5+2mm×10+2(20～25)]×[68.6+2（2～3）]×[25.4+2(2～4)]mm，最终取值为170mm×72mm×45mm。在宽度方向，不使用压板夹紧工件，故不设置工艺耳片，在此方向只考虑加毛坯加工余量。三个零件的材料去除率分别为97.21%、96.10%、95.78%。可以看出，材料去除率在90%以上的异形薄壁零件，可以采用工艺耳片的加工方案。
5.2加工处理要点
采用CAD/CAM软件，生成并检验数控加工程序，控制数控铣床加工零件。首先，加工异形薄壁零件的正面型腔部分；之后，再加工反面型腔部分。设置一个连接异形薄壁零件上下部分的筋板，筋板厚度为2～4mm。作用，一是使异形薄壁零件不至于从耳片上掉落下来，影响异形薄壁零件的加工精度，二是便于异形薄壁零件从耳片上取下来。异形薄壁零件翻转180°或移动时，始终要以长度及宽度方向上已确定的表面为基准，以其来定位及找正。本文研究了一种正反面异形薄壁零件的加工方案。以零件的最大轮廓尺寸为计算基准，再外轮廓所用最大刀具直径及设置的工艺耳片尺寸，最终确定异形薄壁零件的毛坯尺寸广西职称。夹紧工艺耳片，使用基准面定位与找正，加工异形薄壁零件；借助钳工工具，把异形薄壁零件从耳片和筋板上分离出来。并对异形薄壁零件进行其它处理。上述方法，解决了异形薄壁零件变形、成本高及加工效率低的问题。
作者：周平 单位：大连职业技术学院
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