鑄鋁硅合金殼體零件加工工藝及夾具設計

王 帥

（河南省平高東芝（河南）開關零部件制造有限公司，河南 平頂山 467000）

國內對鑄造鋁合金大型殼體的加工設備大部分是數控鏜銑床配合鉆床等進行加工，根據產品對空間尺寸的要求，一般要經過多次裝夾定位加工，裝夾定位困難，尺寸精度難以保證，不合格率居高不下，加工周期長。小部分企業使用臥式加工中心進行加工。臥式加工中心適合加工箱體類的零件，在臥式加工中心上進行加工，更容易保證尺寸精度，工序也相對集中，加工效率高質量穩定。

1 零件分析

（1）殼體803產品（圖1）分析，橫向放置外形尺寸超出MAZAK臥式加工中心行程，產品豎向放置則不會超出MAZAK設備加工行程。從圖紙可以了解到材料為ZL101A鑄鋁硅合金，特點是：硬度較小，導熱性好，適于高速切削。該零件尺寸精度、形位公差精度和表面粗糙度要求均較高，特別是加工面較多，橫向兩個法蘭和軸向散布六個面，共有八個面需要加工。

圖1 殼體803產品示意圖

（2）鋁合金熔點低，在切削加工中容易形成積屑瘤，使倍加工零件的尺寸精度和表面粗糙度受到影響，因此加工鋁合金的刀具刃需要盡可能的鋒利、耐磨。

（3）斷路器殼體端面設計有密封槽、密封面等，要求加工后達到較高的光潔度；材料中含有硅，硬度相比普通鋁合金高。

（4）鋁合金的熱膨脹系數大，粗加工時產生熱量高，精加工時產生熱量小，合理安排工藝。

2 數控加工工藝路線的設計

（1）“基準先行”，充分理解圖紙后，先加工出基準面，為后續工序作可靠的定位。

（2）“先面后孔”，殼體的法蘭端面基本為環形，可以用來作為定位基準，與設備工作或底座接觸面大，便于定位裝夾；先加工平面，法蘭厚度變薄，外圓余量減少，進而減少外圓加工時對刀具刃長的要求。

（3）“先主后次”原則，斷路器殼體零件圖紙中，需要注意相關聯尺寸，這些部位存在裝配關系，涉及到后期內裝件的位置關系。在加工時先找主要部位加工，再加工次要部位，減少精度累計誤差導致的不良。

（4）“先粗后精”原則，端面有密封槽或密封面，對加工質量要求高，需要分粗加工、半精加工、精加工。對于剛性不足的部位需要格外注意。

（5）裝夾剛性影響切削條件，剛性越差，切削震動越大，殼體自身并非實心，切削噪音與震動更大。

3 殼體加工裝夾與定位的選擇

裝夾=定位+固定。

（1）定位：使殼體定位，準確固定在機床或夾具的相應位置。

（2）固定：工件定位后將其固定，在加工過程中不產生位移，保證零件與機床主軸的相對位置關系。

（3）裝夾：工件從定位到固定的全過程。裝夾工件時，一般是先定位后固定。需考慮裝夾操作人的勞動強度及便利性。

殼體定位基準的選擇，需充分理解圖紙，找出基準平面，盡量以基準平面為底座進行加工，斷路器殼體法蘭基本形狀為環形平面加通孔，一般采用一面倆定位銷定位。加工過程應盡可能的減少裝夾次數。

4 工藝規劃

（1）圖紙中B法蘭為基準面，A法蘭到B法蘭的總長公差為±0.5。A法蘭面和B法蘭面基準面使用鏜銑床進行加工，其余軸向散布部位使用MAZAK臥式加工中心進行加工，分為兩工序加工完成。

（2）使用三維軟件，繪制三維模型，設計配套裝夾工裝模型及圖紙，將產品模型與裝夾工裝進行模擬裝配，然后使用刀具模擬加工，在首件加工前，排查出工裝、刀具的干涉、刀長等問題。

（3）在鏜銑床上完成一工序加工后，將產品B法蘭作為精基準面，孔不僅有很高的尺寸精度要求，同時還有很高的形位公差要求。為了保證產品圖紙要求，二工序須用B法蘭上的螺紋孔進行定位，即一面兩孔定位方式，壓板壓緊，確定裝夾方案（圖2）。制作工裝如下：螺紋定位銷、定位板、壓裝板、螺桿。其中螺紋定位銷擰入B法蘭兩個對稱螺紋孔確保安裝定位準確，定位板與設備托盤相連接，確定相對位置關系。使用壓裝板與螺桿完成壓緊。

圖2 鑄鋁硅合金殼體零件的裝夾圖

5 加工方法及刀具改進

（1）進口MAZAK臥式加工中心主軸轉速可達10000r/min，轉速高但扭矩相對??；傳統的鏜銑加工中心的主軸轉速在2000r/min，轉速較低但扭矩大；所以在臥式加工中心上加工剛性較差的零件時，不適用重切削，應改為少吃刀量高速走刀的方式加工，即降低震動又可提高加工效率的，同時降低裝夾剛性對加工的影響。

（2）按照先面后孔、先主后次、先粗后精的原則，編制加工程序。

（3）鑄造的殼體毛坯存在不可預測的變形情況，且有八個不同角度的平面需要加工的前提下，如何保證各平面部位的加工余量很關鍵，正式加工前，編輯試切削程序，保有加工余量的前提下，對803殼體的待加工部位的理論中心點進行點鉆加工后，測量加工中心與毛坯中心是否存在偏心情況，對各待加工部位的加工余量進行綜合分析，確保后續加工有足夠的余量后再正式開始加工，可提高加工合格率。

（4）基于鋁合金材料的特性，適合刀尖鋒利的刀具，但鋒利的刀具較容易磨損，造成加工成本上升。經過學習最新刀具知識加上反復測試，發現DLC涂層和PCD刀具非常適合鑄鋁硅合金的加工，相比硬質合金刀片，它更適合高速切削與加工，且有更高的使用壽命，使用PCD刀片精加工后的表面質量進一步提升，基本看不出加工痕跡。綜合考慮，在粗加工時使用刀尖角R0.8的硬質合金刀片，精加工時使用刀尖角R0.2以下的PCD刀片。

6 結語

實踐發現：三維模擬軟件的運用，可以實現在沒有毛坯的情況下完成工裝設計、制作，直觀發現刀具的干涉情況，大大縮短了前期準備周期；通過新刀具材料和新加工方法的運用，使得加工時轉速及進給大幅提高，加工效率實現翻倍提升。在殼體零件的加工過程中，合理的安排加工工藝，制定合適的裝夾方案，改進加工刀具，可充分發揮了數控加工中心的性能，降低企業成本，實現殼體的高質量、高效率、低成本的加工。