向日葵视频免费精密（mì）：解決薄壁鋁合金殼體零件（jiàn）加工的振顫、變形問題

編（biān）者按
結合具體加工實例介紹了一種薄壁鋁合金殼體加工方案（àn），通過合理的（de）工藝安排，特殊工裝夾具的設計，完美解決了零件加工過程中的振顫、變形問題，具有很強的操作性和指導性，同時為類（lèi）似零件的加工（gōng）提供了借鑒依據。
1  序言
薄壁鋁合金殼體零件在機械領域（yù）應用非常廣泛，但（dàn）此類零件結構形狀特殊，在切削加工過程中由於其剛性（xìng）差、強度弱，故極易產生振動和變形[1]，很難保（bǎo）證零件的（de）加工質量，因此薄壁鋁合金殼體零件的加工一直是機械加工領域的難題。本文以一種腰鼓形薄壁（bì）鋁合金殼體加工為例，通（tōng）過工藝方案（àn）確定、工裝夾具設計及應用，介紹一種解決異形薄壁殼體類零件的加工方法。
2  零件結構分析
腰鼓形薄壁鋁合金殼體如圖1所示，材質為鋁合金2A12，毛坯（pī）為φ500mm×520mm的圓柱實心體，固溶T4狀態（tài），零件（jiàn）結構中間為腰鼓形曲麵，兩端端麵法蘭結構（gòu），零件最大外徑480mm，兩端口部（bù）分別有φ296mm和φ314mm的止口，端麵上均分布有孔係，中間腰（yāo）鼓形部位（wèi）壁厚僅為2mm，零件（jiàn）尺寸要求IT6級精度，外形輪廓度（dù）0.1mm，表麵粗（cū）糙度值Ra＝1.6μm。分析其（qí）加工難點：①毛坯去（qù）除量大，容（róng）易使工件產生（shēng）應力（lì）變形。②工件壁厚僅有2mm，整體結構剛性差、強度弱，切削過程中極易產生振顫及變形問題。③工件屬於異形結（jié）構，兩端法（fǎ）蘭厚度隻有18mm，且（qiě）中間部（bù）位強度（dù）差，在工件的軸向或（huò）者徑向（xiàng）上施加夾緊力都會造成零件變形，因此如何裝夾是問題。[2]針對上述分析，加工該零件的重點是在工（gōng）藝方（fāng）案上必須充分考慮應力釋放、裝夾方式上避免裝夾變形以及加強工件的剛（gāng）性等。
圖片
a）三維圖
圖片
b）二維圖
圖1　腰鼓形薄壁鋁合金殼（ké）體（tǐ）
3  加工方案確定
3.1製定加工工藝方案（àn）
  製（zhì）定的加工工（gōng）藝方案（àn）[3]具體（tǐ）如下。　
1）加工分為粗加工、半精加工（gōng）和精加工三（sān）個階段。粗加工階段在保證殼體（tǐ）有足夠（gòu）強度的（de）前（qián）提下去除大（dà）部分餘量；半精加工階段將兩端法蘭以及內形加工基本成形且留有（yǒu）少許餘量，端麵（miàn）孔係加工完成；精加（jiā）工分兩步加工關鍵（jiàn）部位，第一步加工兩端法蘭以及內形至工藝尺寸，第二步加工全部（bù）外形（xíng）至工藝尺寸。
2）在粗加工、半精加工後精加工之前安排去應力時效處理，去除零件加工過程中產生的內應力，減小應力（lì）變形，以保證尺寸及幾何（hé）精度。
3.2夾具設計
夾具設計是該零件加（jiā）工的（de）重點，為保（bǎo）證零（líng）件各項尺寸及幾何要求（qiú），加強零件剛性，該夾具必須同時具備裝夾、定位以及支撐作用，設計夾具如圖2所示，該夾具包（bāo）括筒體（tǐ）（內徑為210mm）、A支撐盤、B支撐盤、可調支撐柱、橡膠保護帽、開口楔環、壓緊螺母等部件[4,5]。筒體的一端設（shè）置夾緊端頭，中間（jiān）柱麵陣列有交叉設（shè）置的螺（luó）紋孔（kǒng），另一端設置有滑動部位及螺紋；A支撐盤內止（zhǐ）口與筒體夾緊端頭小間隙配合並用螺釘固定；可調支撐柱上裝（zhuāng）鎖緊螺母並一同置於筒（tǒng）體（tǐ）中部（bù）柱麵上的螺紋孔內，將橡（xiàng）膠保護帽套入可調支撐柱的另一端；B支撐盤的（de）內錐孔與開口楔環的外錐（zhuī）麵配合並同時套入筒體的滑動部位；在A支撐盤與B支撐盤之間形成裝夾零件的工位；壓緊螺母置於筒體的螺紋上並壓緊開口楔環使其（qí）楔入B支撐（chēng）盤與（yǔ）筒體滑動部位之間（jiān），使得B支撐盤與筒體滑動部位緊密聯接；橡膠保護帽既能起（qǐ）到支（zhī）撐作（zuò）用，又能起到減振和保（bǎo）護工（gōng）件表麵的作用。
圖片
圖2　夾具
1、3—M12螺釘　2—A支撐盤　4—筒體　5—橡膠（jiāo）保護帽　6—可調支撐柱　
7—B支撐盤　8—M6螺釘　9－開口楔環　10－壓緊螺母
4  具體（tǐ）實施方式
1）首先對工件毛坯進行粗（cū）加工，保證形狀與零件相似，各尺寸留3mm餘量，加工完成後壁厚8mm。
2）進行一次時效熱（rè）處理，充分釋放工件內應力。
3）半精加工兩端法蘭以及內形基本成形且（qiě）留（liú）有1mm餘量，端麵孔係加工完成（chéng）。
4）再進行一次時效熱處理，充分釋（shì）放工件（jiàn）內應力。
5）精加工工件的內形和兩端至（zhì）工藝尺寸要求，加工完成時工件壁厚為5mm。
6）采用設計好的（de）工裝夾具進行（háng）零件的全部外形加工，先將零件裝在夾具上，如（rú）圖3所示，將A支撐盤套入筒體，使其內止口與（yǔ）筒體夾緊端頭配合並用M12螺釘固定（夾具左端壓板和工件的聯接見（jiàn）圖4），可（kě）調支撐柱上（shàng）裝鎖緊螺母並置於筒體中部柱麵上的螺（luó）紋孔內，初始狀態先將可調支撐柱全部退回筒體（tǐ）內腔，確保工件能順利裝入（rù），將橡膠保護帽套入可調支撐柱的另一端，工件從筒（tǒng）體右（yòu）端裝入，使其小端法蘭麵止口與A支（zhī）撐（chēng）盤上的止口配合，並通過M6螺釘3聯接；從筒體右端裝入B支撐盤，使B支撐盤上的止口與零件大端（duān）法蘭止口配（pèi）合，通過M6螺釘10聯接，裝入開口楔（xiē）環，使開口楔環的外錐麵與B支撐（chēng）盤的內錐孔接觸，裝入壓緊螺母壓緊開口楔環（huán），使（shǐ）得開口楔環楔入B支撐（chēng）盤與筒體之間，確保B支撐盤與筒體滑動部位緊密聯接（夾（jiá）具右端壓板和工件的聯接見圖5），從筒體內腔調（diào）節（jiē）可調支撐柱（圓柱扳手插入可調支撐柱的孔裏按（àn）順時針方向擰），從裏到外分層逐個將可調支撐柱調節至橡膠保護（hù）帽頂住工件內壁，緊固力應均勻、可靠（kào），既要保證橡膠保護帽（mào）對工件內壁有支撐力，又不能把工件頂（dǐng）變形（如果掌握（wò）不好力度（dù），可在調節支撐（chēng）柱時壓表觀察），可調支撐柱調整好後用（yòng）鎖（suǒ）緊螺母鎖死。把（bǎ）裝好工件的夾（jiá）具左端（duān）裝在機床卡盤上，機床尾座頂盤頂住夾具（jù）右端，加工零件至最終尺寸。
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圖3　零件裝在夾（jiá）具上（shàng）
1—筒體　2—A支撐盤　3、10—M6螺釘　4—M12螺釘　5—工（gōng）件　6—橡（xiàng）膠保護帽　
7—可調支撐柱　8—鎖（suǒ）緊螺母　9—B支撐盤　11—開口楔環　12—壓緊螺母
圖4　夾具左端（duān）壓板和工件的聯接
圖5　夾具右（yòu）端壓板和工（gōng）件的聯接
5  結束語
本文結合具（jù）體加工實例介紹了一種薄壁鋁合金殼體加工方案（àn），重點介紹（shào）了一種能夠同時實現裝夾、定位以及支撐作用的工裝夾具設計方法，完美解決了零件加工過程中的振顫、變形問題，此（cǐ）加工方（fāng）案（àn）保證（zhèng）了加工零件的尺寸、形位以（yǐ）及表麵等（děng）各項工藝要（yào）求，具有（yǒu）很強的操作性和指導性（xìng），同時為類似零件的加工提供了解決方案和加工經驗。
參考文獻：
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[5] 夏慶宏，張茜. 零件加工中的機床夾（jiá）具設計（jì）作用[J].科技資訊，2017，15（17）：101+103.
本文發表於《金屬加工（冷加工）》2022年第12期第48~50頁，作者：山西平（píng）陽（yáng）重工機械有限責任公司　王永軍，畢（bì）永傑，原標題：《薄壁鋁合金殼（ké）體零件加工方法探究》。