柱面板的高效加工工藝

□ 胡水良 □ 魏根波

中國工程物理研究院機械制造工藝研究所 四川綿陽 621000

1 柱面板結構

柱面板加工尺寸簡圖如圖1所示。柱面板材料為鋁合金圓筒,結構特殊,不易加工。

▲圖1 柱面板加工尺寸簡圖

2 加工難點

柱面板的加工難點主要在于材料剛性差,鋁合金圓筒材料切開后容易產生變形,在精車內外半徑時會出現收口或張開現象,導致型面尺寸及精度控制困難。

3 加工方案

根據柱面板結構約束性差的特點,加工路線思路為先加工柱面板變形較大的部位,使柱面板變形對后續加工的影響最小,再在后續加工中逐步將變形消除。與此同時,為了滿足批量生產的要求,應當盡量減少輔助加工時間,一次裝夾盡可能完成較多的型面加工,從而減少裝夾次數。

柱面板的加工內容應便于后序加工裝夾及定位,同時兼顧生產效率。基于此,在柱面板結構上增加四個工藝卡頭,并在工藝卡頭上加工四個M5螺紋孔,增加的工藝卡頭待柱面板加工完成后切除。工藝卡頭如圖2所示。通過工藝卡頭上相互平行的兩側面實現定位,用柱面板工藝卡頭上的螺紋孔實現裝夾。柱面板材料為鋁合金圓筒毛坯,一件毛坯可切割為三件,極大提高生產效率,并且節約原材料。

▲圖2 工藝卡頭

4 裝夾方式

在柱面板加工過程中,最大變形出現在毛坯切割和熱處理階段。毛坯切割后,原有的柱面體結構被破壞,熱處理后柱面板的內應力被進一步釋放,都會使柱面板在圓周方向產生較大收口或張開變形。

柱面板車外圓和端面裝夾如圖3所示。加工過程中,柱面板外圓和兩端面作為后續加工的基準。裝夾及加工過程中,采用柱面板內徑作為粗基準,用膠接方式實現柱面板的無變形裝夾,有效防止柱面板誤差復映,為后續工序提供良好的加工基準。防轉銷用于防止柱面板在斷續車削加工中造成膠接失效,為切削過程提供足夠的安全保障。

▲圖3 柱面板車外圓和端面裝夾

車削柱面板時內型面裝夾如圖4所示。工裝裝夾時,以柱面板外圓柱面和一端面進行定位,找平三件柱面板A端面共面,貼平B面。用四個M5螺釘通過工藝卡頭上的螺紋孔將柱面板固定,以此實現內型面的加工。

▲圖4 柱面板內型面裝夾

由于夾具內圓柱面的半徑比柱面板的外半徑大0.015 mm,因此會給加工帶來誤差,誤差分析如圖5所示。

▲圖5 誤差分析

圖5中,m為柱面板外圓與夾具內孔的半徑差,t為柱面板在裝夾狀態下外型面產生的變形誤差。通過計算機輔助設計軟件計算可知,當m為0.015 mm時,t為0.004 39 mm。基于彈性變形的可恢復性,加工后由工裝裝夾所引起的柱面板型面誤差極其微小,由此可知,所采用的裝夾方法是可靠的。

綜上所述,柱面板車削采用膠接+剛性定位方式實現裝夾,既實現了柱面板無變形裝夾,有效消除柱面板變形對加工精度的影響,又避免了由于斷續切削沖擊造成的膠接失效,提高柱面板裝夾的可靠性。另外,柱面板采用組合加工,一次裝夾可完成三件柱面板車削,極大提高生產效率。

5 切削參數

在車削粗加工階段,柱面板存在較大的收口或張開變形,加之斷續切削過程中沖擊力較大,為實現柱面板裝夾的可靠性,切削深度和切削速度不易過大。根據實際加工情況,切削參數選擇為切削深度0.2 mm、進給量0.1 mm/r、切削速度150～200 r/min,加工效果最好。

在精加工階段,為了控制柱面板的尺寸精度,同時兼顧柱面板的裝夾可靠性和效率,根據實際加工情況,切削參數選擇為切削深度0.1 mm、進給量0.06 mm/r、切削速度270～320 r/min,加工效果最好。

加工中選用YM051硬質合金焊接車刀。這一牌號硬質合金為超細晶粒合金,具有耐磨性高、熱穩定性好、韌性佳的特點,適合鋁合金加工。刀具的幾何角度中,前角為30°,后角為10°,主偏角為90°,副偏角為10°,刀尖圓弧不大于0.1 mm。采用上述刀具幾何參數,可有效減小切削抗力和刀具磨損。

6 結束語

采取所介紹的加工路線和裝夾方式,在生產中共完成500件柱面板車削加工,合格率為100%。實踐證明,所介紹的加工路線合理可行,裝夾方式穩定可靠,生產效率得到顯著提高。

因柱面板結構的特殊性,車削時通過采用膠接+剛性定位的裝夾方式,有效控制加工中的誤差復映,提高柱面板的制造精度及裝夾的可靠性。加工中采用組合加工方式,一次裝夾完成三件柱面板的車削加工,可以減少裝夾次數,極大提高生產效率。