高精度縫板零件加工工藝研究

□ 鄧集松 □ 吳維設

中國空空導彈研究院 河南洛陽 471009

1 加工難點分析

某縫板零件材料為2A12鋁合金,厚度最薄處僅為0.3 mm,屬于典型薄壁類零件。這一零件上有高精度縫槽、型腔、定位孔,其中0.48±0.02 mm縫槽的位置度要求為φ0.03 mm,加工難度大。高精度縫板零件主要尺寸如圖1所示。

高精度縫板零件側邊有兩種寬度及深度不同的縫槽,拐角處要求為直角,由此限制了加工條件,只能采取慢走絲線切割或將側邊豎立起進行銑削。最窄的直角縫寬度僅為0.48±0.02 mm,且深度為3.5±0.02 mm,若采用通常的銑削加工方式,則刀具的長徑比大,很難保證尺寸加工要求,而且刀具消耗較大;若采用線切割加工方式,則由于各縫槽的尺寸精度及形位公差要求高,需要采用慢走絲,導致加工效率很低。

高精度縫板零件不易裝夾定位,側邊縫槽相對正面定位孔及正面各型腔的位置度要求為φ0.03 mm,加工過程中產生的切削應力會導致零件變形,加工精度難以保證。

2 加工方案

針對高精度縫板零件的加工難點,制訂加工方案。

高精度縫板零件側邊的縫槽采用數控銑削加工方式。在立臥轉換加工中心上,使用兩種不同寬度的定制鋸片刀加工側邊縫槽。通過合理利用定制鋸片刀,可以大幅提高加工效率。

由于零件較薄,加工時極易產生變形,因此在使用高速加工中心加工時,將加工完成的0.48±0.02 mm縫槽及零件大面作為定位基準,再加工零件上的所有型腔、定位孔,最后去除用于壓緊零件的預留部分,完成零件的加工。零件在加工過程中的變形可以通過工裝和裝夾方式來控制。

數控銑削加工縫槽時,采用如圖2所示零件定位夾緊方法,能夠提高零件加工時的剛度,利于切削加工,同時可以有效控制毛刺的產生。

加工方案的實施可以分為三個方面:定制刀具,制作加長刀桿,設計工裝與零件裝夾。

3 定制刀具

為完成高精度縫板零件的加工,專門定制了兩種尺寸的鋸片刀,分別為φ40×0.48 mm和φ40×0.92 mm。為保證加工質量,鋸片刀選擇硬質合金材質,并經過專門磨削,平面度非常好,切削誤差基本能夠控制在±10.01 mm以內,滿足縫槽的加工要求。使用鋸片刀加工的缺點是槽寬與刀具的厚度相關聯,無法利用程序對槽寬進行調整控制,加工過程中需要通過多次測量來控制槽寬的穩定性。

▲圖1 高精度縫板零件主要尺寸

▲圖2 零件定位夾緊方法

4 制作加長刀桿

針對高精度縫板零件的加工,根據零件長度與所定制的鋸片刀尺寸,自制了裝夾鋸片刀的加長刀桿,同時制作墊片用于夾緊鋸片刀,以提高鋸片刀的剛性。

制作加長刀桿所使用的材料為15-5PH不銹鋼,經過熱處理時效處理,以提高硬度及耐用度。加長刀桿直接裝在刀柄上,另一端的芯軸與鋸片刀相配合。為保證裝配時鋸片刀與機床主軸有較好的垂直度,制作加長刀桿時要求加長刀桿與芯軸的同軸度在0.01 mm以內,并且與兩者之間臺階面的垂直度在0.01 mm以內。為保證加長刀桿的制作精度,在對加長刀桿熱處理后進行珩磨,以保證精度要求。加長刀桿裝配如圖3所示。

為提高鋸片刀的剛性,需要減少鋸片刀裝夾后刀刃裸露在外的部分。對此,在鋸片刀的兩側安裝厚度為4 mm的墊片。根據不同的槽深,制作兩套直徑大小不同的墊片,分別用于加工0.48±0.02 mm縫槽和0.92±0.02 mm縫槽。

5 設計工裝與零件裝夾

為了保證高精度縫板零件上各型腔、定位孔的加工精度,以零件大面和縫槽作為定位基準,需要設計數控銑削加工工裝。

將0.48±0.02 mm縫槽作為定位基準,在工裝上加工一組與0.48±0.02 mm縫槽相配合的凸臺。為裝夾方便,將工裝設計為內嵌式定位,即在工裝臺上加工一個深度為0.9 mm的內腔,在內腔內部留出需要定位的凸臺。

▲圖3 加長刀桿裝配

零件的總厚度僅為1 mm,加工過程中很容易變形,因此需要使零件在壓緊過程中受力均勻。對此,在裝夾位置的四周加工多個均勻排列的螺釘孔,壓緊零件時,在壓板下沿粘貼一層軟性材料,防止壓板直接壓在零件上,避免零件壓傷。使用整塊壓板壓在零件周邊,再加工零件的型腔、定位孔。使用蓋板墊在零件中間部位,再用壓板壓住蓋板,然后加工零件外輪廓。零件裝夾如圖4所示。

6 結束語

筆者對高精度縫板零件的加工工藝進行了研究,將常規慢走絲線切割加工方案改為數控銑削加工方案,定制了刀具,制作了加長刀桿,設計了工裝,并合理裝夾零件,由此保證了零件的加工質量,大幅提高了加工效率。

▲圖4 零件裝夾