薄壁工件銑削工藝分析與加工探究

李智威

機械制造業是國民經濟的基礎產業，它的發展直接影響到國民經濟各部門的發展，也影響到國計民生和國防力量的加強，因此，各國都把機械制造業的發展放在首要位置。薄壁工件因為具有工件結構比強度高、相對重量輕等優點，已日益廣泛地應用到航行工業、電子工業等行業。但薄壁工件的加工去除率多，有的甚至占90%，薄壁工件壁薄、剛性差、強度弱，在加工中極易變形，不易保證零件的加工質量。如何提高薄壁工件的加工精度將是人們越來越關心的話題。

在薄壁工件的加工過程中，影響切削加工的因素有：加工材料的切削性能，加工方法，刀具材質，刀具幾何形狀，刀尖R角與表面粗糙度，切削條件，切削力，切削液，斷屑槽，切屑，機床剛性等。我們發現不合理的切削用量參數會引起彈性變形，扭曲變形以及顫振會影響工件加工精度和表面質量。因此，加工中需要解決的主要問題是控制和減小變形、提高加工精度，在此基礎上，希望盡可能提高切削效率、縮短加工周期。

1.工藝性分析

鋁合金墊壓封口工件工程圖，截面尺寸270mm×146.65mm，厚30mm，工件均勻分布11條橫向隔柵，厚度均為2mm，高15mm，溝槽寬度為11mm。隔柵的形狀和位置尺寸精度±0.03mm，表面粗糙度要求較高，為Ra1.6。該墊壓封口工件由鋁合金板整體加工而成，是高精度、薄壁、溝槽類零件，具有薄壁、高精度、低剛性特點。

2.制造工藝技術

本文的重點是探討論工件材料、刀具及機床三者的特性及它們相互關系，進行材料銑削加工參數與工藝的選用。

（1）工藝流程設計

針對鋁合金墊壓封口工件制造工藝性，我們設計了加工工藝流程，加工分粗、精加工兩個階段進行，以保證精度和表面粗糙度要求。同時根據工件的結構特點，工件都為臥式放置，以底面A定位，設置工藝孔進行，采用兩孔一面定位，兩個工藝孔設置在工藝凸臺上，定位狀態較好。減少裝夾次數，提高裝夾剛度以滿足垂直度要求，可大大的縮短加工周期，提高加工效率，降低加工成本。

（2）確定加工順序及進給路線

加工薄壁零件的關鍵在于切削過程的穩定性。大量的實驗工作證明， 隨著零件壁厚的降低， 零件的剛性減低， 加工變形增大， 容易發生切削振顫，影響零件的加工質量和加工效率。J. Tlusty等人提出了充分利用零件整體剛性的刀具路徑優化方案。

銑削方向的決定：采用逆銑時，切削由薄變厚，刀齒從已加工表面切入，對銑刀的使用有利。逆銑時，當銑刀刀齒接觸工件后不能馬上切入金屬層，而是在工件表面滑動一小段距離，在滑動過程中，由于強烈的磨擦，就會產生大量的熱量，同時在待加工表面易形成硬化層，降低了刀具的耐用度，影響工件表面光潔度，給切削帶來不利。

（3）切削用量參數設計

合理切削用量參數的選擇，不僅確保薄壁工件加工的精度，而且是機床發揮效能、處于最佳工作狀態的保證。因此切削量要根據機床剛性、刀具直徑、刀具長度、工件材料、粗加工或精加工模式而定。

銑削力對刀具變形、工件變形、刀具壽命、加工表面質量均有重要影響，是計算切削功率，設計和使用機床、刀具、夾具和優化加工工藝不可缺少的依據，并直接影響切削熱的產生。由于缺乏精確的切削力信息，在生產車間實際加工中通常采用較保守的加工條件，致使加工效率降低和生產成本提高。

①切削功率計算公式

刀具性能也直接影響了加工工件的精度。刀具材料選擇必須耐磨、抗沖擊能力好（包括熱沖擊與力沖擊）、硬度高、與工件材料親和力小；另外必須根據工件材料和加工性質來選擇；一般情況下，主軸轉速超過4500r/min后，不使用高速鋼刀具，多采用硬質合金刀具；硬質合金刀具具硬度高，耐磨性好，耐熱性高，允許的切削速度比高速鋼高數倍，提高了加工效率，但其強度和韌度均較高速鋼低。我們采用的是直徑是8mm的鎢鋼銑刀，它的切削速度為90—170m/min。

②切削力對工件變形影響

在加工過程中，切向銑削分力Fz是消耗功率的主要銑削力，徑向銑削分力Fy作用在銑刀的半徑方向上，主要使刀桿彎曲變形；工件所受的銑削分力來自走刀抗力FH，垂直銑削分和軸向銑削分力Fo，精加工時，本工件變形主要受走刀抗力FH的影響，因此工件的變形情況主要計算走刀抗力FH就可以了。由切削功率的簡化公式Pc=FzVc×10-3，其中Fz為切削力，Vc為切削速度，可得：

由此可見，在本工件采用的切削用量參數對薄壁變形的影響很小，可以采用。

（4）切削液對加工質量影響

銑削加工會產生的大量熱能，切削液能降低工件溫度，減小工件的熱變形，控制殘余應力和微觀裂紋的產生。在進行開粗加工時，高速切削，切削液強勁的沖擊銑刀，沒有被銑刀甩出去的殘屑滯留在銑刀的容屑槽里，這時只有靠切削液的沖擊來完成對殘渣的及時清理。

通過采取上述的工藝措施和工藝手段，如銑削時的工序安排、走刀路線、切削參數優化、裝夾方式等，加工出的零件可以滿足設計要求。實踐證明，上述工藝流程，可以大大的縮短上述薄壁零件的保證加工精度，降低加工成本。

對于高精度薄壁、溝槽類零件，實現高效、高精度加工，本文主要討論根據機床采用合理銑削加工技術，合理的工藝措施，如如工序安排、走刀路線、合理的切削用量參數等。