鋁合金薄壁環(huán)形件研磨方法研究

李健+袁昊+烏日古門+欒家建

摘 要：本文以鋁合金薄壁環(huán)形件研磨工藝為研究對象，詳細(xì)分析了零件研磨過程中常見問題，針對各項問題進(jìn)行了深入研究。最終制定了零件研磨平面度控制的方法與手段，為后續(xù)類似零件的工藝制定及現(xiàn)場實施提供了理論依據(jù)與實踐指導(dǎo)。

關(guān)鍵詞：機(jī)械制造；鋁合金；薄壁環(huán)形件；研磨

中圖分類號：TG506 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

0.引言

鋁合金薄壁環(huán)形件因其本身材料性能優(yōu)良、零件結(jié)構(gòu)簡單、重量輕、強(qiáng)度高等特點，被廣泛應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域。然而由于其相對剛度較低，故加工工藝性差。采用常規(guī)方法加工后的零件易產(chǎn)生翹曲變形，需要后續(xù)手工打磨或校正等補(bǔ)充工序。而操作者借助研磨機(jī)手工研磨（后文簡稱：研磨）作為鋁合金薄壁環(huán)形件軸向基準(zhǔn)修整及端面平面度控制的一種手段，其操作簡便、加工精度高、工藝周期短而被廣泛應(yīng)用在各生產(chǎn)廠的生產(chǎn)實踐當(dāng)中。

然而到目前為止，研磨的具體操作方法、壓緊力的大小、加工的時間、下屑量的控制等主要工作指標(biāo)各生產(chǎn)廠也不盡相同。因此，對鋁合金薄壁環(huán)形件研磨方法的研究就顯得極其重要。

1.研磨中常見問題及分析

研磨通常情況下由鉗工來完成加工，操作者首先將煤油與金剛砂的混合物涂覆在轉(zhuǎn)動的研磨盤上；待混合物延展均勻后將零件平穩(wěn)地放置在旋轉(zhuǎn)的研磨盤上，雙手壓緊零件，并沿著研磨盤旋轉(zhuǎn)方向做圓周運(yùn)動進(jìn)行研磨。待一定時間后研磨完畢，取下零件并進(jìn)行清洗及測量。測量時若發(fā)現(xiàn)零件的研磨狀態(tài)未能達(dá)到圖紙規(guī)定的技術(shù)要求，則需重新研磨，直至滿足圖紙要求。

研磨時零件常出現(xiàn)的問題有：

（1）零件局部點凹陷：使用平臺塞尺法檢查零件研磨質(zhì)量時，發(fā)現(xiàn)零件存在有規(guī)律的局部點凹陷，圖紙規(guī)定的塞尺可以通過零件與平臺的接合面；

（2）零件研磨面與其他表面的平行度較差：使用三坐標(biāo)等方法檢查零件研磨質(zhì)量時，發(fā)現(xiàn)零件存在較明顯的傾斜現(xiàn)象，研磨后的表面與其他基準(zhǔn)面間的平行度超差；

（3）部分零件研磨不到位，出現(xiàn)欠研磨現(xiàn)象：使用著色法檢查零件研磨質(zhì)量時，發(fā)現(xiàn)部分零件著色面積不達(dá)標(biāo)。

經(jīng)過現(xiàn)場大量驗證與分析發(fā)現(xiàn)，造成以上問題的主要原因有：零件在研磨的過程中，受到的壓緊力不均勻，有壓緊的部位研磨量大，無壓緊的部位研磨量小。每個零件的具體研磨時間往往為操作者的經(jīng)驗值，該經(jīng)驗值雖然能滿足大部分零件的研磨要求，但對個別研磨前狀態(tài)較差的零件，沒能起到足夠的校正作用，因而導(dǎo)致該類零件出現(xiàn)欠研磨現(xiàn)象。

2.優(yōu)化方案的制定

通過上述分析可知，造成研磨后的零件質(zhì)量不穩(wěn)定的因素歸納起來主要有以下3點：

（1）零件研磨過程中所受的壓緊力分布不均；

（2）每個零件在研磨時所受的壓緊力大小不固定；

（3）每個零件的研磨時間不固定。

1.優(yōu)化研磨壓緊工裝

本試驗新工裝設(shè)計時采用了6點壓緊結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)在工裝自重的作用下將壓緊力均勻地施加在各個腳點上，進(jìn)而實現(xiàn)了零件的均勻受力，該工裝在砝碼的重力作用下，將壓緊力均勻施加在4個腳點上。由于是點受力，即便零件上端面平面度狀態(tài)不好，也不影響研磨時零件的均勻受力。

2.優(yōu)化研磨壓緊力

壓緊力的大小可以通過放置在夾具上的砝碼數(shù)量來進(jìn)行調(diào)整。針對相同零件，在相同的研磨時間下，調(diào)節(jié)工裝上砝碼的數(shù)量，觀察不同壓緊力下零件的研磨質(zhì)量，從而得到最優(yōu)壓緊力。

3.優(yōu)化研磨時間

與優(yōu)化壓緊力的方法相似，針對相同零件，在相同的壓緊力下，調(diào)整零件的研磨時間，觀察不同時間下零件的研磨質(zhì)量，從而得到最優(yōu)研磨時間，如圖1所示。

4.優(yōu)化方案的實施

此次試驗所使用的壓緊工裝自重1.5kg，試驗時以不加配重、增加2.25kg砝碼、4.5kg砝碼三組重量數(shù)據(jù)，以30s為時間間隔進(jìn)行多條件研磨對比試驗。每種條件下研磨10個零件，研磨后記錄零件的平面度、與基準(zhǔn)面的平行度以及著色面積，取其平均值作為該條件下的研磨結(jié)論，進(jìn)而給出研磨質(zhì)量的綜合評價。

通過上述幾組數(shù)據(jù)對比分析發(fā)現(xiàn)：

（1）由于零件受到均勻壓緊力，研磨后的平面與基準(zhǔn)面間的平行度能夠保證在一個合理范圍內(nèi)；

（2）壓緊力相同時，隨著研磨時間的增加，零件研磨質(zhì)量越好，研磨狀態(tài)越穩(wěn)定；

（3）研磨時間相同時，隨著壓緊力的增大，零件研磨質(zhì)量越好，研磨狀態(tài)越穩(wěn)定。

由于目前研磨操作還依然依靠操作者手工來完成，在得到較好研磨狀態(tài)的同時，還要綜合考慮零件的加工效率及操作者的勞動強(qiáng)度等因素。

綜合以上原因，針對此次試驗所使用的零件得出：該零件在使用夾具、配重2.25kg、研磨時間2.5min的情況下零件的研磨狀態(tài)最為理想。為進(jìn)一步驗證該結(jié)論，現(xiàn)場選取30件零件在該條件下進(jìn)行研磨，其研磨效果均能滿足圖紙技術(shù)要求。

結(jié)語

鋁合金薄壁環(huán)形件研磨過程中雖然會面臨諸多問題，但通過合理地優(yōu)化壓緊工裝，選取適當(dāng)?shù)膲壕o力及研磨時間，就能夠有效地控制零件的研磨質(zhì)量。同時，利用此次對比試驗的方法，也能為其他結(jié)構(gòu)件的研磨提供驗證思路，確定不同零件的最優(yōu)研磨條件，為今后研磨工藝的發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

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