利用時(shí)效處理控制薄壁件的變形

■昆明船舶設(shè)備研究試驗(yàn)中心 （云南 650106） 王 亮■昆明高級(jí)技工學(xué)校 （云南 650218） 涂莉娟

利用時(shí)效處理控制薄壁件的變形

■昆明船舶設(shè)備研究試驗(yàn)中心 （云南 650106） 王 亮
■昆明高級(jí)技工學(xué)校 （云南 650218） 涂莉娟

摘要：本文主要討論利用不同溫度與不同作用時(shí)間的組合，進(jìn)行金屬的時(shí)效處理。經(jīng)過此工藝方法加工的零件，加工精度相當(dāng)穩(wěn)定，各公差、表面粗糙度均滿足圖樣要求。

1. 零件結(jié)構(gòu)

我單位自行研制的某型水下設(shè)備的機(jī)械加工生產(chǎn)過程中，其中有一零件為回轉(zhuǎn)體類鋁合金零件（見圖1）。此零件屬于薄壁難加工零件，該零件的變形情況尤為突出，以至于加工尺寸的報(bào)廢率較高。為此做了許多次工藝改進(jìn)，主要改進(jìn)項(xiàng)目為金屬低溫時(shí)效處理的組合關(guān)系。加工合格率由原來的15%提高到現(xiàn)在的90%。零件均能達(dá)到圖樣相關(guān)的精度要求。

2. 零件加工工藝分析

該零件加工的技術(shù)難點(diǎn)在于：

（1） 材料為7A09鋁合金，此材料硬度較高，切削加工時(shí)的切削阻力較大，相應(yīng)的熱變形也會(huì)影響到零件的加工質(zhì)量。

（2）此零件主要進(jìn)行外圓與內(nèi)孔的車削加工。由于壁厚較薄，最薄之處只有1mm。薄壁面積約占總面積的49%，因此工件的殘余應(yīng)力釋放較強(qiáng)。由于系統(tǒng)剛度較差，加工變形量就會(huì)變大。

（3）在車削加工過程中，由于受到卡盤的夾緊力、車削力、

材料殘余應(yīng)力和熱變形的共同作用，會(huì)同時(shí)影響零件的加工精度。

（4）此零件精加工時(shí)，需要相應(yīng)的夾具進(jìn)行輔助保護(hù)裝夾后，再精加工內(nèi)孔各尺寸。

此零件為單件少量生產(chǎn)，為保證加工精度與質(zhì)量，工藝與機(jī)加人員經(jīng)過多次摸索試驗(yàn)，不斷改進(jìn)加工工藝方法，最終解決了以上技術(shù)難點(diǎn)，完成了生產(chǎn)任務(wù)。現(xiàn)將完善的工藝過程介紹如下。

圖1

3. 加工工藝方案的確定

（1）粗加工。具體加工方案為：利用φ60mm、7A09鋁合金棒，車削外徑為φ57.00mm，切斷后車端面保證長(zhǎng)度為117mm，鉆4個(gè)φ5.3mm孔，孔深25mm（見圖2）。

圖2

刀具選擇肯納牌機(jī)夾車刀，刀片型號(hào)為VBGT160404HP ，刀片材質(zhì)為KC5410，前角約為13°，后角為7°，主偏角為60°，刀尖圓弧為r0.4mm。

冷卻方式為切削液連續(xù)冷卻。

粗車切削參數(shù)如表1所示。

表1　粗車切削參數(shù)

由于整個(gè)加工過程中都會(huì)產(chǎn)生一定的加工內(nèi)應(yīng)力，分布于整個(gè)零件中。對(duì)于此類薄壁零件，由于內(nèi)應(yīng)力的存在，使得整個(gè)零件的變形情況尤為突出。因此在后續(xù)的加工之前消除內(nèi)應(yīng)力，是保證加工質(zhì)量與尺寸精度的關(guān)鍵工序與必要措施。經(jīng)過多次試驗(yàn)與比較，我們總結(jié)了消除內(nèi)應(yīng)力的簡(jiǎn)單方法就是低溫時(shí)效處理。具體方法為：將零件放置于加熱爐內(nèi)，隨爐升溫至160℃，保溫8h后，再隨爐冷卻至室溫。為確保優(yōu)良的加工質(zhì)量，將時(shí)效處理分別安排在粗車后、半精車1后及半精車2后各進(jìn)行一次，共3次時(shí)效處理，達(dá)到消除內(nèi)應(yīng)力的目的。

粗加工后的時(shí)效處理參數(shù)如表2所示。

圖3

表2　時(shí)效處理參數(shù)

（2）半精車1。將第一次時(shí)效處理完成后的零件再次進(jìn)行半精車1的加工（見圖3）。此次加工的目的是在精加工前去除較多的材料，并留有一定的加工余量，同時(shí)再進(jìn)行第二次時(shí)效處理，逐步消除內(nèi)應(yīng)力。

刀具選擇肯納牌機(jī)夾車刀，刀片型號(hào)為VBGT160404HP，刀片材質(zhì)為KC5410，前角約為13°，后角為7°，主偏角為60°，刀尖圓弧為r0.4mm。冷卻方式為切削液連續(xù)冷卻。

半精車1切削參數(shù)如表3所示，時(shí)效處理參數(shù)如表2所示。

表3　半精車1切削參數(shù)

（3）半精車2。再次進(jìn)行半精車2的加工，此次加工是精加工前的最后一次半精加工，加工完畢后如圖4所示。

此次加工為精加工留有均勻而且較小的加工余量，并進(jìn)行兩次不同溫度和冷卻方式的低溫時(shí)效處理，以徹底消除內(nèi)應(yīng)力，防

止精加工時(shí)變形的發(fā)生。

根據(jù)以往的加工經(jīng)驗(yàn)，假如這次的時(shí)效處理方法與上兩次一樣時(shí)，零件精加工后，尺寸φ53+0.030mm、φ51+0.030mm因?yàn)閮?nèi)應(yīng)力的存在，會(huì)導(dǎo)致尺寸精度達(dá)不到圖樣的要求，以致工件報(bào)廢。所以在半精車2后使用如表4所示的處理方法，進(jìn)行時(shí)效處理，達(dá)到了徹底消除內(nèi)應(yīng)力的目的，保證了精加工后合格品的完成。

圖4

表4　半精車2后的時(shí)效處理參數(shù)表

半精車2的切削參數(shù)如表5所示。

表5　半精車2切削參數(shù)

（4）精加工。以上的半精加工、時(shí)效處理完成后，將要進(jìn)行車削精加工。其加工的主要步驟為：先加工外圓φ55+0.050mm到位，然后利用輔助夾套（見圖5）。

圖5

夾持外圓部分裝夾于車床卡盤上，零件伸出夾套長(zhǎng)35m m（見圖6）。利用百分表找正工件外圓的跳動(dòng)量小于0.03mm，方可進(jìn)行車削加工。同時(shí)保證2-φ53+0.030mm、2-φ51+0.030mm以及其余相關(guān)尺寸。

圖6

刀具選擇肯納牌機(jī)夾車刀，刀片型號(hào)為VBGT160404HP、刀片材質(zhì)為KC5410，前角約為13°，后角為7°，主偏角為60°，刀尖圓弧為r0.4mm。

冷卻方式為切削液連續(xù)冷卻。

精車切削參數(shù)如表6所示。

表6　精車切削參數(shù)

最后車削成形，完成了所有工序的加工。在此需要注意的是，此道精加工時(shí)的主軸轉(zhuǎn)速較高，切屑為碎顆粒狀，極其容易產(chǎn)生大面積的飛濺。機(jī)床操作者一定要穿戴好防護(hù)衣、護(hù)目鏡等防護(hù)措施后再進(jìn)行操作。

4. 結(jié)語

上述薄壁零件的加工工藝方法，經(jīng)多次摸索與改進(jìn)才得以實(shí)現(xiàn)。其關(guān)鍵在于低溫時(shí)效處理的時(shí)間點(diǎn)、溫度的控制措施以及冷卻方式的選擇。經(jīng)過此工藝方法加工的零件，加工精度相當(dāng)穩(wěn)定，各公差、表面粗糙度均滿足圖樣要求。希望本文能對(duì)薄壁零件的加工提供一些思路與方法。

參考文獻(xiàn)：

[1] 周曉紅. 數(shù)控加工工藝與設(shè)備[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2008.

[2] 尚建偉. 數(shù)控加工工藝與編程[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009.

專家點(diǎn)評(píng)

介紹薄壁類零件加工的文章很多，多數(shù)都是從夾具和輔助支撐入手。本文的創(chuàng)新之處在于利用時(shí)效處理控制鋁合金薄壁零件的變形，通過三次低溫時(shí)效的時(shí)間點(diǎn)和溫度控制，在后續(xù)加工之前消除內(nèi)應(yīng)力。不同加工階段的時(shí)效處理參數(shù)表是文章的精華，對(duì)讀者有很大的幫助。

收稿日期：（20150227）