薄壁零件加工精度要求？南京薄壁類零件加工哪家企業(yè)好？
一：干貨分享 | 薄壁零件加工精度要求？
如今制造業(yè)中難加工材料大量應(yīng)用，其加工性能差與結(jié)構(gòu)整體化帶來的結(jié)構(gòu)復(fù)雜化和高材料去除率，給薄壁復(fù)雜結(jié)構(gòu)件加工帶來了巨大挑戰(zhàn)，對制造裝備、工藝技術(shù)等也提出了更高要求。特別是大型弱剛性曲面結(jié)構(gòu)件、薄壁回轉(zhuǎn)體類零件、薄型多面體類等零件，在裝夾技術(shù)方面亟待突破。
薄壁零件加工的柔性工裝設(shè)計(jì)
航天類的薄壁復(fù)雜結(jié)構(gòu)件具有弱剛性、形狀結(jié)構(gòu)相似等共性特征，同時(shí)型號種類呈現(xiàn)系列化發(fā)展特點(diǎn)，如艙體和端框類，舵面和翼面類等，這些零件的定位和夾緊規(guī)律性強(qiáng)。薄壁整體結(jié)構(gòu)在切削加工中零件剛性隨大量毛坯材料的去除而變化，結(jié)構(gòu)剛性低且復(fù)雜，因而客觀上要求加工中工件夾緊力要實(shí)時(shí)調(diào)整以適應(yīng)零件整體動態(tài)剛度的變化;需要進(jìn)行多點(diǎn)輔助支撐，以提高加工部位的局部剛度，減少薄壁變形。
帶傳感器的柔性工裝
綜合體現(xiàn)機(jī)電液一體化技術(shù)和多傳感器信息融合技術(shù)的柔性工裝是近年來出現(xiàn)的先進(jìn)裝備技術(shù)，柔性工裝的技術(shù)特點(diǎn)是定位和夾緊元件為通用元件，可互換性好;定位夾緊位置可自適應(yīng)調(diào)整;夾緊力大小、方向和夾緊順序可自動控制;驅(qū)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)為機(jī)電液一體化部件;應(yīng)用位移、力和壓電傳感器元件。
柔性工裝技術(shù)可以使一套夾具滿足系列化多種尺寸規(guī)格的零件安裝要求，既具有機(jī)械式可調(diào)夾具和組合夾具的柔性，又具有特種專用夾具的高效性，適用于數(shù)控加工設(shè)備，可以使高速數(shù)控加工機(jī)床的性能得到更加充分的發(fā)揮，大幅度降低輔助準(zhǔn)備時(shí)間。
大型曲面結(jié)構(gòu)件加工方法
大型復(fù)雜鋁合金貯箱網(wǎng)格壁板是焊接成為貯箱的基礎(chǔ)零件，壁板按結(jié)構(gòu)不同，又可分為殼段壁板和筒段壁板，不同型號的殼段壁板或筒段壁板結(jié)構(gòu)又各不相同。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，壁板在保持足夠剛度和強(qiáng)度的前提下需盡量輕量化，所以其模型存在獨(dú)特的結(jié)構(gòu)特征。
壁板結(jié)構(gòu)
壁板制造采用整塊鋁制板材輥彎后進(jìn)行五軸銑削加工，整個(gè)加工工藝系統(tǒng)和加工過程具有區(qū)別于其他常規(guī)結(jié)構(gòu)件加工的特點(diǎn),這些特點(diǎn)主要包括：非規(guī)則蜂窩網(wǎng)格結(jié)構(gòu)、凸臺和口框等特征交錯(cuò)、整體相似與局部差異并存;宏觀大尺寸與局部變剛性特征相結(jié)合;多應(yīng)力耦合條件下的復(fù)雜轉(zhuǎn)變規(guī)律，使得壁板發(fā)生宏觀的翹曲變形以及不同網(wǎng)格位置的局部變形加大了不同網(wǎng)格壁厚的不均勻性。
壁板真空吸附裝置
針對貯箱壁板高效高精加工需求，可以真空吸附裝夾技術(shù)，通過真空吸附夾具吸附裝夾零件，使其受到均勻分布載荷的夾緊力，從而減少零件因夾緊力造成的變形，提高零件的加工精度。真空吸附柔性裝夾裝置的主要組成包括：壁板內(nèi)型面機(jī)銑加工大型真空吸附裝置、外型面機(jī)銑加工大型真空吸附裝置、真空發(fā)生系統(tǒng)、平臺一體化控制系統(tǒng)。其中，真空吸附裝置的主要組成包括鑄造形胎、轉(zhuǎn)臂氣缸和真空吸盤、閥塊模組、壓力傳感器、真空管路、快速接頭、手動截止閥、密封條等組成。
真空發(fā)生系統(tǒng)的主要功能是提供持續(xù)、穩(wěn)定的氣壓差，確保吸盤能夠牢靠的吸住工件。真空發(fā)生系統(tǒng)的組成包括：真空泵、消音器、電磁壓差真空閥、高真空隔膜閥、真空阱、高真空手動蝶閥、真空表、控制系統(tǒng)等，真空發(fā)生系統(tǒng)中重要的性能參數(shù)是其所能獲得的極限真空度和對容器的有效抽速。
薄壁回轉(zhuǎn)體類零件加工
艙體、端框等結(jié)構(gòu)件屬于典型薄壁回轉(zhuǎn)體類零件，這類結(jié)構(gòu)件的數(shù)控銑削加工柔性工裝可用于零件周向孔、槽、口框、型腔的銑削、鉆削與鏜削加工，而長度方向和直徑方向的夾持范圍均可在一定范圍內(nèi)調(diào)整，工裝系統(tǒng)夾緊力范圍也可調(diào)，從而適應(yīng)多品種相似結(jié)構(gòu)產(chǎn)品的裝夾需求，其外圓車削夾具、內(nèi)腔與端面車削夾具均具備軟爪卡盤裝夾功能，以適應(yīng)薄壁結(jié)構(gòu)的小變形裝夾需求。
傳統(tǒng)裝夾條件下，薄壁回轉(zhuǎn)體類零件多采用機(jī)械壓板、悶蓋的組合裝夾方式，裝夾時(shí)間長，裝夾可靠性完全依靠工人態(tài)度和工作規(guī)范性，夾緊力大小和一致性無法保證。根據(jù)薄壁回轉(zhuǎn)體類零件特征設(shè)計(jì)液壓柔性工裝系統(tǒng)，形成軸向夾緊位置可調(diào)，夾緊與浮動支撐結(jié)合，多點(diǎn)自動定心的柔性夾緊技術(shù)，從而滿足不同直徑和不同長度的回轉(zhuǎn)體類零件夾緊需求。
薄壁回轉(zhuǎn)零件銑削加工柔性工裝
多類型號的艙體、端框等薄壁回轉(zhuǎn)體類結(jié)構(gòu)件均可采用同一套夾具裝夾，柔性夾具的軸向行程徑向行程均可以調(diào)整，軸向夾緊位置可以隨艙體外形加工的位置而改變，解決加工干涉問題。通過液壓站控制系統(tǒng)壓力和夾緊力大小，采用有限元仿真分析不同夾緊力條件下，零件裝夾變形情況，從而確定最優(yōu)夾緊力。夾具底部采用360度轉(zhuǎn)臺，能夠?qū)崿F(xiàn)艙體等回轉(zhuǎn)體類結(jié)構(gòu)件不同位置的旋轉(zhuǎn)和加工。
薄壁件外圓夾持示意
在艙體類零件的外圓與內(nèi)腔加工中，六爪或八爪卡盤特別設(shè)計(jì)適于薄壁件和易變形工件的多點(diǎn)夾持。多爪卡盤基爪兩兩相連可浮動向心夾緊，這樣使多個(gè)夾緊點(diǎn)的力方向皆指向中心，保證工件不易變形。同時(shí)，此種設(shè)計(jì)使得在卡盤上直接使用傳統(tǒng)卡爪成為可能，并兼具離心力補(bǔ)償。
薄型多面體類零件加工
薄型多面體類零件一般有較高的空氣動力學(xué)要求，因此結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)復(fù)雜，表面加工質(zhì)量要求較高。這類結(jié)構(gòu)件以多斜面為主，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，刃口部位局部最薄壁厚不足0.5mm，零件材料去除率達(dá)70%以上，典型零件對象包括舵面、翼面、罩板等。
傳統(tǒng)裝夾模式下，針對薄型多面體類零件舵采用機(jī)械壓板夾緊，裝夾時(shí)間長，裝夾可靠性完全依靠工人經(jīng)驗(yàn)和工作規(guī)范性，夾緊力大小和一致性無法保證。根據(jù)薄型多面體類零件特征設(shè)計(jì)液壓柔性工裝系統(tǒng)，通過合理分布夾緊點(diǎn)，結(jié)合自動壓緊和壓緊力控制，形成適用于多種型號舵面、翼面類零件的柔性工裝系統(tǒng)。
舵翼類在加工過程中需要進(jìn)行兩面加工，因此需要設(shè)計(jì)兩套柔性工裝系統(tǒng)來分別完成正面和反面的加工，結(jié)構(gòu)示意圖如圖5所示。以翼面零件為翼面零件毛坯正面夾緊采用六個(gè)液壓轉(zhuǎn)角下壓油缸完成六個(gè)位置壓緊，毛坯放置底座采用挖空設(shè)計(jì)，防止在零件加工時(shí)底座干涉。通過液壓站控制系統(tǒng)壓力控制六個(gè)夾緊點(diǎn)夾緊力大小，采用有限元仿真分析不同夾緊力條件下，零件裝夾變形情況，確定最優(yōu)夾緊力。
在完成正面加工后，利用正面夾緊工藝搭子，反面夾緊采用六個(gè)液壓轉(zhuǎn)角下壓油缸完成與正面相同的六個(gè)位置壓緊，毛坯放置底座采用挖空設(shè)計(jì)，防止在零件加工時(shí)底座干涉。
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薄壁筒類零件的加工方法：
薄壁件目前一般采用數(shù)控車削的方式進(jìn)行加工，為此要對工件的裝夾、刀具幾何參數(shù)、程序的編制等方面進(jìn)行試驗(yàn)，從而有效地克服了薄壁零件加工過程中出現(xiàn)的變形，保證加工精度。影響薄壁零件加工精度的因素有很多，但歸納直來主要有以下三個(gè)方面：
(1)受力變形
因工件壁薄剛性很差，車削是裝夾不當(dāng)在夾緊力的作用下容易產(chǎn)生變形，從而因?yàn)榍邢髁爸亓τ绊懯构ぜl(fā)生彎曲變形從而影響工件的尺寸精度和形狀精度。
(2)受熱變形
因工件較薄散熱性能較差，在切削熱的作用下會引起工件熱變形或膨脹，使工件尺寸難于控制。
(3)刀具磨損
由于薄壁工件較長一次走刀時(shí)間很長因此在切削過程中受振使刀具磨損較大從而影響工件的尺寸精度。
（4）跟刀架及中心架的使用
車超薄壁件時(shí)由于使用跟刀架，若支承工件的兩個(gè)支承塊對零件壓力不適當(dāng)，會影響加工精度。若壓力過小或不接觸，就不起作用，不能提高零件的剛度：若壓力過大，零件被壓向車刀，切削深度增加，車出的直徑就小，當(dāng)跟刀架繼續(xù)移動后，支承塊支承在小直徑外圓處，支承塊與工件脫離，切削力使工件向外讓開，切削深度減小，車出的直徑變大，以后跟刀架又跟到大直徑圓上，又把工件壓向車刀，使車出的直徑變小，這樣連續(xù)有規(guī)律的變化，就會把細(xì)長的工件車成“竹節(jié)”形。造成機(jī)床、工件、刀具工藝系統(tǒng)的剛性不良給切削加工帶來困難，不易獲得良好的表面粗糙度和幾何精度。
（5）同軸度難保證
工件內(nèi)孔由深孔完成后，再精車外圓，深孔加工中難免有橢圓、錐度以及跳動等因素，影響外圓同軸度和跳動。
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薄壁零件加工工藝實(shí)例講解
為解決鋁合金薄壁零件在機(jī)械加工中由于變形影響零件的尺寸、形位公差的問題，以高速、低進(jìn)刀、低切深的加工方法，通過一次裝夾完成零件全部關(guān)聯(lián)尺寸的加工，從而降低零件在加工過程中由切削力過大而引起的變形，避免加工基準(zhǔn)與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)不能重合產(chǎn)生的誤差，提高零件的尺寸精度和形位精度。
1. 問題的提出
在零件的機(jī)械加工過程中，常常會由于內(nèi)應(yīng)力而產(chǎn)生變形，尤其是有色輕金屬如鋁、鎂合金的加工。內(nèi)應(yīng)力引起的翹曲、側(cè)彎和扭曲等形式的變形頻繁出現(xiàn)，會嚴(yán)重影響零件的加工質(zhì)量及加工效率，特別是對于薄壁、薄板類零件表現(xiàn)得尤為突出。如何最大限度地減少或消除零件的變形，保證產(chǎn)品質(zhì)量及生產(chǎn)效率，多年來一直是我們研究的課題。
2. 原因分析
為提高鋁合金的加工和使用性能，在加工前需要通過熱處理（淬火處理+時(shí)效處理）的途徑提高強(qiáng)度。材料在淬火過程中產(chǎn)生很大的內(nèi)應(yīng)力，時(shí)效過程不能完全釋放淬火過程中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，在后續(xù)的機(jī)械加工過程中，新的切削應(yīng)力產(chǎn)生，隨著材料的不斷去除，內(nèi)應(yīng)力的平衡狀態(tài)被打破，內(nèi)應(yīng)力重新分布，直至達(dá)到新平衡過程而產(chǎn)生變形，使零件失去應(yīng)有的加工精度。而且當(dāng)零件表面的應(yīng)力超過材料的強(qiáng)度極限時(shí)，還會產(chǎn)生裂紋。
3. 解決辦法
針對以上原因，對于鋁合金薄壁、薄板類零件采用“套材”法進(jìn)行加工?！疤撞摹狈ň褪且淮窝b夾完成所有尺寸加工后，再將零件從毛坯中掏出的加工方法。套材過程包括銑上面→粗銑內(nèi)腔→粗銑外形→精銑外形→精銑內(nèi)腔→精銑底面→點(diǎn)（鉆）孔→切斷等工藝。由于整個(gè)過程是在一次裝夾中完成的，在切斷之前，由于零件與毛坯材料底面連接，所以內(nèi)應(yīng)力的產(chǎn)生不會造成零件有較大變形，在整個(gè)過程中零件尺寸穩(wěn)定。在切斷時(shí)，需要讓毛坯材料與零件材料在底面有0.1mm粘連，以保證在整個(gè)“套材”過程中零件有足夠的強(qiáng)度抵抗加工過程中產(chǎn)生的切削應(yīng)力。
將零件從毛坯中切下后，零件雖由于應(yīng)力釋放而發(fā)生變形，但是零件上各相對尺寸不會改變，只需要增加校正工序校平底面所有尺寸、形狀均可恢復(fù)正確。
4. 應(yīng)用實(shí)例
如圖1所示為鋁合金薄板零件，我們應(yīng)用“套材”法進(jìn)行加工，方法如下：
（1）工藝過程制定：由于零件最終厚度為2mm，在下料機(jī)加工過程中容易產(chǎn)生應(yīng)力，發(fā)生變形，根據(jù)其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，具體加工工藝流程為下料→時(shí)效→銑基準(zhǔn)→磨基準(zhǔn)→去毛刺→銑外形（“套材”法加工）→去毛刺→校正→檢驗(yàn)→入庫。通過時(shí)效工序消除下料過程中產(chǎn)生的應(yīng)力；通過銑基準(zhǔn)、磨基準(zhǔn)工序，保證基準(zhǔn)平面與夾具定位面完全接觸，定位準(zhǔn)確可靠，從而保證銑外形工序中厚度方向的所有尺寸。由于這兩道工序?qū)儆谝姽饧庸?，所以在此過程中產(chǎn)生的微小應(yīng)力引起零件的變形量不會影響加工尺寸；通過銑外形（“套材”加工）完成零件所有尺寸加工；通過去毛刺工序去除加工過程中產(chǎn)生的各種毛刺、飛邊，保證后續(xù)加工定位精準(zhǔn)；通過校正工序校正由于大余量加工后零件產(chǎn)生的變形；檢驗(yàn)工序檢驗(yàn)零件所有尺寸與圖樣要求的符合性；最后入庫提交。
（2）毛坯尺寸確定：毛坯長度
式中，H毛坯為毛坯厚度；H零件為零件總厚度。
（3）裝夾方式確定：由于零件外形尺寸較小，采用組合夾具，以底面定位，壓住零件邊沿即可（見圖2）。壓板必須均勻分散在毛坯的周邊，保證整個(gè)加工過程中零件底面與夾具緊密貼合。壓緊位置必須在刀路邊界之外，避免在加工過程中銑刀壓板。
1.零件輪廓 2.刀具 3.毛坯邊界4.刀路邊界 5.壓板
（4）“套材”過程實(shí)施：
①刀具的選用。為在套材過程中減少零件變形量，在保證加工效率的前提下，盡量選用直徑小的刀具。刀具越小，加工過程中的切削力就越小，產(chǎn)生的應(yīng)力也越小。本零件加工選用φ 6mm立銑刀。②切削用量的確定。為減少切削力，按高轉(zhuǎn)速、高進(jìn)給和小切深的原則選用切削用量。根據(jù)加工現(xiàn)場機(jī)床的剛性和最高工作轉(zhuǎn)速，選擇轉(zhuǎn)速S=4 000r/min，進(jìn)給速度F=1 000mm/min，徑向切深= 50%D刀具，軸向切深0.2mm。
③程序的編制。銑外形在銑加工中心上進(jìn)行，利用編程軟件按照零件圖樣建立數(shù)字模型后按“套材”法包含過程中的刀路順序編制數(shù)控程序，編程過程中按前述選擇刀具和切削用量（見圖3）。
（5）實(shí)施效果：通過實(shí)際加工驗(yàn)證，校正后的零件所有尺寸均滿足圖樣要求。銑外形工序?qū)嶋H加工時(shí)間為33min，滿足批生產(chǎn)要求。
5. 結(jié)語
“套材”法目前已經(jīng)在我廠鋁合金結(jié)構(gòu)件批生產(chǎn)加工中廣泛應(yīng)用。不僅提高了加工效率和產(chǎn)品質(zhì)量，而且因?yàn)槭且淮窝b夾完成所有尺寸加工，從而避免了設(shè)計(jì)基準(zhǔn)和工藝基準(zhǔn)不重合而引起的誤差，避免因尺寸鏈換算而壓縮公差，簡化了工藝規(guī)程制定過程和零件的加工過程。
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