芻議復雜薄壁異形零件數控加工工藝特征與要點

摘要：工業領域的技術發展和現代制造業的需求，使得薄壁異形零件的加工數量、使用需求也在不斷提升。本文主要從當前制造業、工業領域的生產加工背景為基礎，探究薄壁異形零件的數控加工方法和要點，首先在明確薄壁異形零件特點概念的基礎上，分析在生產加工的過程中，影響其效率和質量的因素，并提出利用板壓裝夾技術、消減打磨等技術來進行改進優化，不斷深化了解此類零件的數控加工辦法以及工藝特點等，進而來不斷完善行業人員的技術標準和注意事項。

關鍵詞：薄壁異形零件;數控加工;方法;特點

引言：

國內工業制造業的發展，機械零部件的制作工藝要求也越來越高，技術也向著精細化的方向發展。零部件加工處理辦法的日漸成熟，如當前的航空航天設備儀器、醫療設備、車輛設備等，可能都會涉及到薄壁異形零件的使用和加工。但是由于這些零件的性質特點，結構剛性問題、零件不規則、曲面多等都是需要克服的加工難點。所以對于相關企業、技術人員需要不斷的深化加工工藝，完善生產措施，才能進一步保證零件的質量和應用需求。

1、薄壁異形零件的加工難點

薄壁異形零件與常見的零件有很大不同，一般會與常規的零件外形有較大的差別，而且零件的直徑常常也會薄于常規的零件，基本都是使用在特殊的機械設備當中。這類零件的直徑一般都會在0.3mm--1mm不等，厚度也往往在1mm以內，所以制造加工的要求要遠遠高于常規的零件。所以說，這類的零件常常都是投入到高精尖的電子設備儀器當中，但是由于零件本身的規格特性，導致其較為脆弱，在加工的過程中，常常會出現破損、變形，提高了生產成本。

工業、制造業企業的日常生產工作中，可能會常常遇到壁厚在0.3mm、0.5mm等程度的零件，同時要求的規格長度在120mm到200mm的薄壁異形零件。這類零件的技術指標要求表面光滑、角度精確、尺寸大小也要控制在極小的范圍內。形狀不規則、壁薄、空間尺寸較大、材料的去除量多。而針對此類零件的加工過程，往往會出現不可避免的熱變形、切削震動、加工后殘余應力的重新分布等因素都會影響零件的外形發生變化[1]。所以針對這類零件的制造和加工，就需要完善相關的技術措施。

2、異形薄壁零件的制作加工

加工此類零件時，需要重點考慮到以下要素：1）考慮零件的原材料和其中的構造。如果零件的材質不適合使用高溫或者是高壓來鍛造，那么如果加工過程中將其放入到鍛造箱之后，就可能會發生較大的變形、損壞，這就屬于殘次品。所以在加工的過程中，需要嚴格控制加工方法，詳細區分零件物理性質、加工的適應度來進行處理，否則容易造成不必要的浪費;2）加工中零件所受到的作用力是否均勻。在某些鍛造過程中，可能會將零件消減成體積很小的一塊，所以在開展削減零件的過程中，就需要技術人員良好把控受力均勻這一加工要點。否則加工中受力不均勻，可能會導致零件的邊角發生翹起、曲折等問題;3）零件加工時選擇的材料、結構等會對加工過程產生一定的影響，也會影響到零件的最終質量。比如殘余應力會對零件加工質量產生影響，在加工前，零件內部存留的殘余應力已經維持在平衡狀態，當切割等外部作用力加入時，就會打破原先的平衡狀態，所以只能通過形變的方式來維持新的平衡點要素。這也是對加工工藝方法的考驗，選擇適當的加工方法，可以在一定程度上降低零件的變形效率，剔除其中的殘余應力。

2.1 數控加工方式的選擇

零件的加工過程中，需要技術人員對零件的加工路徑進行相應的控制。不同的加工路徑的選擇會直接影響到零件的形變和最終的成品效果。還需要對加工過程中，強化對切削量的控制。如果在切削過程中，發現切削的用量較小，就需要根據小切深和高進給足夠的速度。同時加工中，還需要計算好適當的切割次數，走刀方法和數量等。在切削的過程中要保證切削速度的均衡，保證切割所使用的辦法可以有效抵消其中的切削力和產生的熱量。利用高速切割的方法所產生的切削力較小，所以零件發生的熱變形較小，可以最大化的保證加工后零件的精度和質量。工作人員在加工的過程當中，可以以UG環境為基礎，使用Vreicut軟件來對零件進行仿真模擬，然后進行規格檢測并選擇適當的參數[2];當然在設計的過程中，還需要考慮到工裝和夾具的合理性。首先通過設計方案和軟件模擬來進行綜合分析，使用定位元件來控制元件在加工時的位移，確保加工時的穩定性，保證切割刀具的順利施工。

3. 應對加工中常見技術問題的措施

3.1 確定適合的加工工藝方法

比如在以7075型的鋁合金加工為例，可以嘗試使用以下的加工流程：從選料到銑、數控銑、熱處理、數控銑，然后在經過一輪的熱處理、數控銑、熱處理、鉗，最后進行表面處理。而為了有效的減少加工中出現的殘余應力，需要就需要在加工流程中，安排數控銑三次。

3.2 加工過程中刀具、銑削工藝

在選擇數控刀具時，還需要注意以下問題：首先使用的平頭銑刀一般對于表面的加工質量效果較好，切削的效率高。在保證不過切的同時，對于自由曲面的粗加工和進行半精加工的階段，就應該確定先使用平頭銑刀;第二，在使用球頭銑刀時，由于其使用特點是加工過程中，端部的切削速度為零，所以在切削的過程當中，往往會使得切削的行距變得很密。所以為了保證加工的精準度，就需要在對自由曲面的精加工過程中使用球頭刀;第三，加工中應該盡可能的減少所使用的刀具的數量，在情況允許下，使用一把到完成所有的加工部位和作業。

在安排銑削的次序時，還需要考慮的原則方法：首先加工中，應該按照先面后孔、先粗后精，先住后次的原則。加工順序流程十分的重要，技術人員必須要嚴格規劃流程，防止由于流程控制不當，導致加工效率和質量降低;其次，要先精心曲面的精細加工，然后再進行二維輪廓的精細加工[3]。

在綜合上述基本的加工原則之外，要想進一步控制加工精度，減少問題發生率，還需要注意更多的細節：第一，在進行到粗加工和半精加工的環節時，為了進一步提升效率，優化零件表面加工的質量和切削效率，在刀具的選擇方面，可以使用硬質的合金雙刃立式平底銑刀。而在UG軟件的相應模塊當中，可以使用cavity-mill的銑削方法;第二，在進行粗加工的過程當中，可以使用5°--10°的螺旋式進刀方法，在保證徑向進刀量不大于7%的刀具直徑情況下，深度進給量最大也不能超過5%;

此外，精加工的過程中，還需要考慮到銑削方向要合理控制，不能出現突兀的改變;在球頭刀走刀的軌跡路徑上，要盡量避免在曲面上，出現沖上而下的走刀方式，也就是常說的“啃著走”的方式;光滑刀具的運動方式，需要刀軌中的內外拐角都應該加入圓角，防止由于刀具在行走的過程中，出現突然的轉向或者是急停，技術人員需要控制在啟動前的加速和停止之后的減速效應，保證其平穩。

結語

薄壁異形零件如果生產批量大，企業可以有效利用鑄件、鍛件以及粉末冶金等成形的方法，這樣就可以有效降低零件在加工制造過程中的成本效益。不過這樣會導致在前期的過程中，需要花費大量的精力和成本來投入到模具的制造當中，而且由于模具的試制周期一般較長，所以需要企業權衡利弊;如果生產批量較小，或者是產品還處于開發的階段當中，就可以直接采用機械加工去除材料的辦法。

參考文獻：

[1] 孫偉. 異形薄壁零件加工工藝研究與應用[J]. 南方農機， 2019， v.50;No.325（09）：117-117.

[2] 羅婷， 葉鵬， 陳世平. 帶冷卻槽的薄壁異形件的加工方法研究[J]. 制造技術與機床， 2019， 000（004）：100-102.

[3] 劉潔琴. 探析機械制造工藝與機械設備加工工藝要點[J]. 科學與信息化， 2019， 000（016）：79，82.

作者簡介：劉新凱， 男，湖南邵陽人，漢族，本科，1982年6月19日，數控加工技術。