作者：樂成明 宋廣華 李真楷 翟建華 王國耀 0%m}tfQ5  
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摘要：通過分析工藝系統(tǒng)動(dòng)、靜誤差及工件安裝誤差，提出了一種鋁合金薄壁零件冷熱加工方案。該方案通過合理選用刀夾具、切削用量、冷卻液及多次走刀、穩(wěn)定化時(shí)效處理，有效地控制了鋁合金薄壁零件的加工變形，質(zhì)量穩(wěn)定可靠。 ~HR/FGe?N  
關(guān)鍵詞：鋁合金 薄壁零件 冷加工 熱加工 加工變形 E8:4Z$|c  
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鋁合金的比強(qiáng)度（σb/γ）較高，為18～21，因而在航空產(chǎn)品中得到廣泛地應(yīng)用。薄壁零件是航空產(chǎn)品中較常見的一類零件，其結(jié)構(gòu)通常較復(fù)雜，精度要求高。因此，研究鋁合金薄壁零件加工技術(shù)具有較大的現(xiàn)實(shí)意義。 {O
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襯套是航空產(chǎn)品某重點(diǎn)型號(hào)關(guān)鍵部件中的一個(gè)軸類零件。該零件直徑較大，壁薄而密封環(huán)形槽多，形位公差要求高，材料為LC4-CS。該零件的加工曾嘗試過3種方案。第1種方案：先粗加工外圓、內(nèi)孔，再上專用車夾精加工內(nèi)孔、內(nèi)環(huán)槽，最后上專用車夾精加工外圓、外環(huán)槽，外圓83.2f8與內(nèi)孔78H8同軸度只能達(dá)到0.04mm～0.05mm。第2種方案：先粗加工外圓、內(nèi)孔，再半精加工內(nèi)孔、內(nèi)環(huán)槽、外圓、外環(huán)槽，最后自制車夾精加工內(nèi)孔、內(nèi)環(huán)槽、外圓、外環(huán)槽，外圓83.2f8與內(nèi)孔78H8同軸度只能達(dá)到0.03mm～0.04mm。從試加工情況來看，上道工序的變形影響下道工序的加工基準(zhǔn)，從而影響最終的加工精度。第3種方案：為了減少工序間變形，在第２種方案的基礎(chǔ)上采用工序間“開水煮”的土辦法處理，效果不太明顯，外圓83.2f8與內(nèi)孔78H8同軸度只能達(dá)到0.02mm～0.04mm，仍不能滿足設(shè)計(jì)圖紙中同軸度?0.02mm的要求。 zeXMi
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與國內(nèi)一些大專院校及專業(yè)廠家進(jìn)行了技術(shù)交流，始終未找到有實(shí)效的加工方法，該零件的加工逐漸成為整臺(tái)產(chǎn)品生產(chǎn)的“瓶頸”。 Tath9wlv6;  
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1 零件工藝分析 Od>^yhn  
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該零件為鋁合金較大直徑軸類薄壁零件，外圓、內(nèi)孔精度為IT8級(jí)，3處密封環(huán)形槽精度接近IT8級(jí)，其徑向圓跳動(dòng)度為0.05mm，外圓與內(nèi)孔同軸度為0.02mm，外圓尺寸83.2f8（-0.036-0.090），壁厚不均勻，最大壁厚2.6mm，最小壁厚1.1mm。為了批量加工出高精度合格工件，必須全面透徹地分析整個(gè)加工過程中可能出現(xiàn)的誤差，并針對(duì)這些誤差采取切實(shí)有效的措施。
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該零件的加工精度取決于由機(jī)床、夾具、刀具和工件構(gòu)成的工藝系統(tǒng)。 Ul<'@A8  
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工藝系統(tǒng)靜誤差中，機(jī)床的主軸回轉(zhuǎn)誤差、導(dǎo)軌誤差和傳動(dòng)誤差對(duì)加工誤差影響較大。精密C6150A車床精車外圓的圓度為0.01mm, 圓柱度為0.01mm/100mm，可以選用。該零件所用車刀的制造精度對(duì)加工精度無直接影響，但刀具幾何參數(shù)和形狀影響刀具的磨損及耐用度，間接影響加工精度。該零件因刀具本身及磨損所引起的加工誤差較小，根據(jù)工件材料及加工要求，可通過正確選擇刀具材料、刀具幾何參數(shù)、切削用量、冷卻潤滑、準(zhǔn)確刃磨等方法來控制。 ATeXOe
 
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夾具誤差(包括定位元件、夾具體等零件的制造誤差)、夾具的制造誤差、在機(jī)床上的安裝誤差以及工件在夾具上的安裝誤差都會(huì)影響零件的加工精度。可采用“就地加工”的方法在機(jī)床上加工定位夾具，盡力減少夾具制造誤差、安裝誤差和零件安裝誤差。 s1[_Pk;!  
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在機(jī)械加工過程中，由于切削力、夾緊力、重力、慣性力、傳動(dòng)力等的作用，會(huì)引起工藝系統(tǒng)的變形；同時(shí)，由于切削力受力點(diǎn)位置變化、毛坯加工余量變化和材料硬度變化，會(huì)引起工藝系統(tǒng)變形的變化。工藝系統(tǒng)的變形及其變形的變化都會(huì)產(chǎn)生工件的尺寸誤差和幾何形狀誤差。由切削原理可知，徑向切削分力Fy和切削深度t成正比，即Fy=Ct，由此引起的工藝系統(tǒng)受力變形為y1=Ct1/K系統(tǒng)，y2=Ct2/K系統(tǒng)，其中K?系統(tǒng)?為工藝系統(tǒng)在y方向的剛度，  l*+"0  
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Δ工件= y1- y2=C（t1- t2）/K系統(tǒng)， t*fG;YOg  
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由于Δ毛坯=t1- t2，所以Δ?工件?=CΔ?毛坯?/K?系統(tǒng)?，令ε=C/K系統(tǒng)，則有 ~)S Q{eK?&  
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Δ工件=εΔ毛坯，  9"@P.8_  
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該式表明了加工誤差與毛坯誤差之間的比例關(guān)系，說明了誤差復(fù)映規(guī)律，其中ε為誤差復(fù)映系數(shù)。當(dāng)加工過程分成幾次走刀進(jìn)行時(shí)，每次走刀的復(fù)映系數(shù)為ε1、ε2、ε3……，總的復(fù)映系數(shù)ε總=ε1ε2ε3……。由于復(fù)映系數(shù)ε總小于1，經(jīng)過幾次走刀后，ε可以降到很小的數(shù)值。通過合理選用切削用量和刀具幾何參數(shù)，可盡量減小切削力及切削力的變化所引起的變形。為盡力減少誤差復(fù)映規(guī)律所造成的變形，應(yīng)合理分配加工余量，分多工序多次走刀加工，把該形式的變形控制到最小。 HzO6hb{jJO  
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工藝系統(tǒng)動(dòng)誤差中的受熱變形主要由切削熱、摩擦熱和輻射熱等引起，當(dāng)工藝系統(tǒng)在各種熱源的作用下，機(jī)床、刀具、工件各部分產(chǎn)生的溫度場(chǎng)開始時(shí)總處于不穩(wěn)定狀態(tài)，在開始后的一段時(shí)間里，溫度不斷上升，溫度場(chǎng)不斷變化，經(jīng)過一定時(shí)間后，溫度才接近一個(gè)穩(wěn)定值，此時(shí)的溫度場(chǎng)就是一種穩(wěn)定的溫度場(chǎng)。與升溫階段一樣，機(jī)床停車?yán)鋮s過程的溫度場(chǎng)也是一種不穩(wěn)定的溫度場(chǎng)。為了減少機(jī)床熱變形的影響，可使機(jī)床空轉(zhuǎn)一段時(shí)間，基本達(dá)到熱平衡后再加工零件。為了減少工件和刀具的熱變形，應(yīng)合理選擇刀具的幾何參數(shù)，合理選用冷卻液充分冷卻。 "4{_amgm&<  
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工件內(nèi)應(yīng)力是由于內(nèi)部宏觀的或微觀的組織發(fā)生了不均勻的體積變化而產(chǎn)生的，外界因素主要來自熱加工和冷加工。具有內(nèi)應(yīng)力的零件處于一種不穩(wěn)定的狀態(tài)，其內(nèi)部組織有強(qiáng)烈的傾向要恢復(fù)到一個(gè)穩(wěn)定的沒有內(nèi)應(yīng)力的狀態(tài)，即使在常溫下，零件也在不斷地進(jìn)行這種變化，直到內(nèi)應(yīng)力消失為止。在這個(gè)過程中，零件的形狀逐漸變化。具有內(nèi)應(yīng)力的毛坯由于內(nèi)應(yīng)力暫時(shí)處于相對(duì)平衡狀態(tài)，在短期內(nèi)還看不出有什么變動(dòng)，但在切削去除某些表面部分以后，就打破了這種平衡，內(nèi)應(yīng)力重新分布，零件就明顯地出現(xiàn)了變形。由于國內(nèi)沒有對(duì)應(yīng)的G90×8管料毛坯，實(shí)際選用?90mm棒料毛坯加工，加工余量大，加工過程中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力也大，變形也非常明顯。為了減少加工表面層的殘留應(yīng)力，應(yīng)盡力減小工件塑性變形，合理選用刀具、切削用量和冷卻液。為了盡快消除工件內(nèi)應(yīng)力（自然時(shí)效需要1個(gè)月以上的時(shí)間），縮短工序間消除內(nèi)應(yīng)力的時(shí)間，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行穩(wěn)定化時(shí)效處理。 IZm_/  
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2 加工工藝 brQkVt_)EE  
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根據(jù)零件工藝分析情況，將控制零件加工變形的各項(xiàng)措施逐一落實(shí)到工藝規(guī)程和實(shí)際操作中。 bw@DcT&,  
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2.1 粗加工和半精加工 L"i B'=  
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粗加工由90mm棒料毛坯開始，各加工面均留約1mm加工余量（各環(huán)形槽暫不加工）。為盡力減少誤差復(fù)映規(guī)律所造成的變形，按零件最終形狀尺寸，各面均留0.1mm左右余量進(jìn)行4次半精加工（包括各環(huán)形槽），每個(gè)半精加工工序均嚴(yán)格控制變形和形位尺寸，第4次半精加工時(shí)尺寸78H8，83.2f8分別加工至77.8和83.4，其同軸度控制在小于0.05mm范圍內(nèi)。 (1bz.N8z