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攻破薄壁件加工難點12大要訣

發布日期:2015-10-14 13:15:50

變形與振動是薄壁件加工的制約因素已成業內人士共識。而我們的任務,就是識別這些制約薄壁件加工因素產生的多種根源,然后將其消除。工藝是一個系統,它包含了人、機、料、法、環及檢驗檢測等所有因素,提高質量靠單槍匹馬是無法完成的。從多角度深層次去探索根源,才能有效解決問題。
(1)設計:更合理
①避免大面積加工的設計。②在不影響工件性能的前提下,設計出筋、肋等要素,以提高工件剛性。③設計出裝夾的工藝孔、工藝臺等結構,必要時加工后封堵或去除。

(2)材料:高剛性
①薄壁件裝夾或加工容易變形的因素有3個:工件剛性差、裝夾力或切削力的存在,力與裝夾力臂或切削力臂的乘積產生的力矩,當力矩超過工件剛性,工件就容易發生變形。

②裝夾容易變形的工件,加工時就容易變形,包裝、貯存、運輸及使用等環節也容易變形,從而增加使用的不可靠性。

③薄壁件的設計,首先就應該考慮使用高剛性材料。

④能使用10鋼的,不使用8鋼;能使用20鋼的,不使用10鋼;能使用35鋼的,不使用20鋼。

⑤使用500M P a級、600 MPa級、700 MPa級、800 MPa級超細晶粒超低碳下貝氏體鋼。

⑥使用低剛性鋼,不但剛性差,強度低,要獲得較高的表面加工質量也是很困難的。

⑦不銹鋼:優先使用易切削不銹鋼Y1C r18N i9或Y1C r18N i9S e。

⑧鋁合金:盡量不使用純鋁,使用多合金元素變形鋁合金,使用2×××系鋁合金、6×××系鋁合金、7×××系鋁合金,使用新型變形鋁合金;從強度角度,使用Z L107、Z L111、Z L201、Z L301,從可切削性角度,使用Z L202、Z L402。

⑨銅合金:使用彌散強化無氧銅,使用高剛性結構黃銅,使用高強度鈹青銅,使用高強度鑄造鈹青銅。

(3)機床:零振動
①機床高剛性設計。
②多種消振措施補償。
③零間隙裝配帶預緊

(4)刀具:鋒利
①前角:其值大,刃鋒利,但如果過大,強度減弱,磨刀頻繁。件硬刀硬,其值宜小,以增加強度;件軟刀軟,其值宜大,以利于切削。

②后角:帶消振棱。

③主偏角:其值小,徑向切削分力大,易振動,刀鈍面粗,刀擠工件。

④副偏角:帶修光刃。

⑤刃傾角:值為正,刀尖抬頭,刃利面細,值為負,切屑劃傷工件。

⑥前刀面光滑如鏡,以利排屑。

⑦刀尖磨出圓角。

⑧刃磨角不等于工作角,刀尖偏離工件回轉中心或刀桿中心線相對于進給方向的傾斜而不是垂直,都會引起刀具工作角度的改變。

⑨加工外圓和加工內孔的情形相反。

⑩利用全析因等質量手段,通過切削試驗,找出最佳的刀具角度。

(5)裝夾:零力矩
①當力矩值超過工件剛性,工件就容易發生變形,變形不但導致切削難以進行,精度無法保證,伴隨而來的還有因為切削力的突變引發的自激振動。因此,薄壁件適合零力矩貼壁裝夾。

②盤類件采取焊接定位裝置等措施實現工件與工裝完全貼壁加工。

③雙層錐形心軸裝夾筒形件加工外圓時,外層的兩個半體間隙要≤1/5工件壁厚,以最大程度減小將筒形件拉成鍵槽型變形對工件精度帶來的影響。不要將一個整體銑開一分為二做兩個半體,因為那樣總會留有較大的銑刀寬度間隙,而是做兩個整體,各取其半后再加工出各自需要的間隙。

④箱式薄壁件采用密刃銑刀大螺旋角(刃傾角)銑削。如果壁厚不均勻,先加工四角厚壁部分,再進行其余平坦面的加工。

⑤橡膠在薄壁件加工領域可以用來配重或消振或作磨削墊用。

⑥無論是液壓裝夾、氣壓裝夾還是剛性裝夾,其夾緊力必須是量化而可控的。比如,液體或氣體的壓強,用扳手擰緊螺釘時的擰緊力,都必須是數值化的,而不是憑感覺來決定其夾緊力的大小,所以,扳手必須是儀表的或扭矩數顯可調的。找出切削時工件不致松動和不致發生彈性或塑性變形(視工件具體形狀而定)的受力臨界值,使用兩者中間值夾緊工件,松動臨界值不易尋找時,使用后者臨界值減少25%作為夾緊力。

⑦工裝精度要在工件精度5倍或以上。

(6)切削用量:經濟
①背吃刀量:大,切削力大,變形振動;小,硬化層外加工,工件磨刀。

②進給量:小,表面光潔,但過小則效率降低。

③切削速度:快,面細件熱,過快刀具會急劇磨鈍失效。避開積屑瘤生長區與再生振顫易發區。

④如果使用非變速機床,加工盤類工件端面時切削速度是一個變化的過程。

⑤利用全析因等質量手段,通過切削試驗,找出最佳的切削用量(兼顧刀具經濟壽命)。

(7)冷卻:零度
①在厚壁件加工領域,切削熱對工件精度的影響微乎其微,常常可以忽略不計,但在薄壁件加工領域,切削熱卻成為影響工件精度的重要因素之一,所以,在薄壁件加工領域,不能放過任何一個看似微乎其微的影響因素。

②冰乳油水混合物0℃冷卻與潤滑。

(8)切削:好鋼用在刀刃上
①鋼:高速鋼、超高速鋼、粉末冶金高速鋼、硬質合金、涂層硬質合金、納米晶硬質合金及陶瓷刀具。

②鋁銅合金:高速鋼、超高速鋼、粉末冶金高速鋼、硬質合金、涂層硬質合金、陶瓷刀具及細粒度聚晶金剛石。

③不銹鋼:高速鋼及超高速鋼、粉末冶金高速鋼、硬質合金、涂層硬質合金、納米晶硬質合金及金屬基陶瓷。

④高溫合金:立方氮化硼、多晶立方氮化硼及電火花加工。

⑤使用刀具經濟壽命壓縮25%的時間切削,比如,刀具經濟壽命60m i n,使用45min后準備換刀。

(9)測量:準確快速
①使用數顯儀器測量,提高測量速度。
②測量儀器精度≥工件精度5倍或以上。
③不但要有精度測量儀,還要有應力測量儀、粗糙度測量儀,機床配有振動頻譜儀。

(10)質量目標:零偏差
①加工精度:一年一個臺階,公差帶寬度每年壓縮10%。比如,2010年公差帶寬度100μ m,2011年要壓縮到90μ m……最終實現精度零偏差。圍繞公差帶中間值加工,實際加工公差帶寬度≤1/2設計公差帶寬度。

②表面加工質量:表面粗糙度:一年一個進級,2010年6.3μm,2011年要提高到3.2μ m……最終實現鏡面加工。無表面層加工硬化(允許有,但以不影響工件精度和工件使用性能為前提),無表面層組織金相變化,無表面層殘余應力。

(11)控制手段:預控制
①將質量缺陷消除在萌芽狀態,而不是等到出現了質量問題再去開會解決。
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