環(huán)形薄壁鋁合金機(jī)匣鉆銑加工研究

摘 要：某環(huán)形薄壁件屬于航空發(fā)動(dòng)機(jī)特別重要的零件，屬易變形的典型轉(zhuǎn)子件，若破壞會(huì)造成很危險(xiǎn)的結(jié)果。采用鋁合金鍛件的環(huán)形薄壁件尺寸規(guī)格為φ900×700，厚度4.19-2.6mm，其配合尺寸要求嚴(yán)格，精度高，表面粗糙度低，技術(shù)條件要求嚴(yán)格，外型面與壁厚均靠多處坐標(biāo)值控制，但其剛性非常差，加工時(shí)容易變形，局部接刀處容易造成轉(zhuǎn)接不圓滑，加工材料昂貴，就環(huán)形薄壁件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，對(duì)其進(jìn)行工藝研究很有必要。

關(guān)鍵詞：環(huán)形薄壁件；重要特性；鋁合金；鉆銑削加工

1 環(huán)形薄壁件鉆銑加工工藝

環(huán)形薄壁件對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)的可靠性與使用壽命有很大的影響，環(huán)形薄壁件類零件典型加工工藝對(duì)保證零件最終加工精度、表面質(zhì)量以及工作可靠性至關(guān)重要，也是零件整個(gè)制造工藝中的技術(shù)關(guān)鍵。由于此環(huán)形件具有不均勻薄壁的型面，一端封閉，又要求在其敞口的大端上徑向、軸向同時(shí)加工多組孔。在傳統(tǒng)的普通設(shè)備上很難完成其技術(shù)要求，因此選擇一些有效的加工手段是很有必要的。數(shù)控設(shè)備的出現(xiàn)有效的解決了這些難點(diǎn)，避免大量工裝的制造，又可減少制造周期，節(jié)省大量的人力、物力、財(cái)力。

1.1 環(huán)形薄壁件制造研究的必要性

1.1.1 變形大

此零件的構(gòu)形特殊，且待加工面的止口尺寸及孔尺寸均為重要特性，并且尺寸要求嚴(yán)格，造成許多加工方面的困難，如薄壁、敞口、壁厚不均勻等。因此，此零件的鉆銑加工困難較大，且隨鉆銑加工銑削走刀方式及余量分布狀態(tài)的不同，變形量的變化規(guī)律不易控制，給生產(chǎn)加工帶來很大壓力。

1.1.2 材料易切削變形尺寸難控制

鋁鋅合金鍛件AMS4141的特性：AMS4141鋁鋅合金材料是所有鋁合金中最容易變形，也特別容易受腐蝕，空氣中易氧化，容易熱障冷縮，不好測(cè)量，又由于零件大，壁厚不均勻，且大端敞口，鉆銑加工時(shí)，加工面的止口極易漲或縮至超差，造成零件最終報(bào)廢。這就要求加工者加工時(shí)注意余量去除方向及去除狀態(tài)，并澆注冷卻液，掌握溫度變化對(duì)零件尺寸影響規(guī)律，滿足圖紙要求的尺寸。

由于以上原因，加強(qiáng)、提高此零件的鉆銑削加工質(zhì)量、保證制造合格率、提高制造水平的研究是非常必要的。

1.2 尺寸精度及技術(shù)要求

1.3 鉆銑加工工藝分析

工藝性分析可以看出，零件無定位面，裝夾面特殊，加工孔種類多加工位置復(fù)雜，普通鉆銑床加工夾具數(shù)量多且技術(shù)條件不能保證等原因，需用數(shù)控加工中心完成。制定正確的加工工藝路線，對(duì)避免環(huán)形薄壁件在加工和工序周轉(zhuǎn)中的變形起著重要的作用。

（1）工序安排原則：a.將零件的整個(gè)加工過程劃分為銑凹陷階

段、鉆孔及銑凹陷階段。b.采用工序集中原則，使零件的大部分尺寸，集中在零件的一次裝夾定位中完成，這樣可以減小由于零件的多次定位、夾緊而引起的零件變形并避免重復(fù)定位誤差，同時(shí)可保證各組孔與基準(zhǔn)孔間位置度及同組孔之間技術(shù)條件要求。

（2）選用剛性好、功率大、精度高的數(shù)控加工機(jī)床。

（3）較大的孔先用硬質(zhì)合金鉆頭鉆底孔，然后采用硬質(zhì)合金銑刀進(jìn)行輪廓銑精加工。

1.4 確定加工方法及走刀路線

走刀路線的安排原則：盡量減少進(jìn)、退刀時(shí)間和其他輔助時(shí)間；先鉆底孔，再進(jìn)行輪廓銑加工槽，外端面孔與內(nèi)端面孔交替加工，徑向孔中同一組孔，采取外面加工-里面加工交替進(jìn)行的方式控制止口B的變形量。經(jīng)過反復(fù)試切，用八把刀可完成數(shù)組孔的加工。先用合金鉆頭鉆底孔，然后改用輪廓銑加工槽和較大的孔。

1.5 工裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和措施

（1）遵循基準(zhǔn)重合原則；即：工藝基準(zhǔn)（定位基準(zhǔn)，測(cè)量基準(zhǔn)）盡可能地與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)相重合，這樣以便消除基準(zhǔn)不重合誤差，容易保證設(shè)計(jì)尺寸公差，避免由于基準(zhǔn)不重合而帶來的不必要的加工難度。增加輔助支撐，提高零件的剛性。另在接觸面上還使用了夾布膠木，起到了很好的減振作用，也降低了零件受腐蝕性。

（2）合理設(shè)計(jì)夾具與零件定位表面配合間隙。在加工中，因?yàn)榱慵膭傂圆睿虼耍褂玫膴A具的定位表面與零件的配合間隙的設(shè)計(jì)要合理，要根據(jù)工藝中各工序給出的零件定位表面的尺寸公差和型位公差，設(shè)計(jì)夾具的定位表面尺寸公差，使得零件在裝夾后，既能保證零件在夾具上的準(zhǔn)確定位，又便于加工、找正。

1.6 刀具的選擇

零件的直徑較大，壁厚很薄，且零件的軸向尺寸又很長，零件的剛度大大下降。在實(shí)際加工中，先選用合金銑刀窩底孔，后用輪廓銑加工成型，保證刀具切削刃與零件的接觸面積不大，使切削力均勻，零件加工質(zhì)量較好，零件變形得以控制。

1.7 切削參數(shù)的選擇

合理選擇切削用量對(duì)提高刀具耐用度和工件表面質(zhì)量至關(guān)重要。因此，在選擇切削用量時(shí)，應(yīng)綜合考慮工件、材料、刀具、機(jī)床各方面因素對(duì)加工質(zhì)量、生產(chǎn)率、刀具耐用度的影響。從降低切削溫度、提高刀具耐用度的角度出發(fā)，選擇切削用量時(shí)，應(yīng)優(yōu)先考慮采用較大的切削深度，其次是較大的進(jìn)給量。因鋁合金易切削，傳導(dǎo)性好。先考慮較大的轉(zhuǎn)速，其次較大的進(jìn)給量。

選用的切削用量：S=500-800r/min，進(jìn)給量f=300mm/min，切削深度ap=0.5-1mm。

1.8 刀具長度、半徑補(bǔ)償設(shè)定

刀具長度補(bǔ)償方法為：對(duì)刀儀法，利用對(duì)刀儀對(duì)刀可找出數(shù)控機(jī)床所需要的刀具補(bǔ)償尺寸，操作者可直接修改數(shù)控系統(tǒng)中的補(bǔ)償參數(shù)。

刀具半徑補(bǔ)償，在程序編制時(shí)合理地使用指令G41、G42和G40，即可建立刀具半徑補(bǔ)償。

1.9 上刀方法

通過改變刀具長度補(bǔ)償坐標(biāo)值上刀。將數(shù)控系統(tǒng)中刀具長度補(bǔ)償欄內(nèi)1號(hào)、2號(hào)、3號(hào)刀的長度補(bǔ)償坐標(biāo)Z進(jìn)行修正，使刀具在整個(gè)坐標(biāo)系中進(jìn)行平移。

一般情況下，按對(duì)刀儀對(duì)刀和刀補(bǔ)中上刀，可加工出合格產(chǎn)品。但在實(shí)際加工中，不可遇見的問題會(huì)經(jīng)常出現(xiàn)。為了加工出優(yōu)質(zhì)的精品，防止對(duì)刀儀不準(zhǔn)確和零件加工中出現(xiàn)了讓刀，操作者需邊加工邊測(cè)量，才能做到精益求精。

2 環(huán)形薄壁件機(jī)械加工的發(fā)展趨勢(shì)

鋁合金在航空裝備上得到越來越廣泛的應(yīng)用，因此鋁合金加工的研制迫在眉睫。鋁合金薄壁件還有許多型面有待研究在數(shù)控設(shè)備上進(jìn)行開發(fā)，特別是新機(jī)研制件，這樣即可減少研究經(jīng)費(fèi)，避免大量工裝的制造，又可減少制造周期，節(jié)省大量的人力、物力。