铝型材无圆角六方孔加工新工艺

王 海, 王忠平

(南车青岛四方机车车辆股份有限公司，山东 青岛 266111)

铝型材无圆角六方孔加工新工艺

王 海, 王忠平

(南车青岛四方机车车辆股份有限公司，山东 青岛 266111)

介绍了传统机床及数控机床加工六方孔的方法，并分析了各自存在的缺点。根据铝型材的性能特点及所加工工件的结构特点，制定了初期的加工工艺。经试验验证，初期工艺存在较多问题，无法满足批量生产的需要。经多方考察，引入六方孔专用加工工具，在试验过程中发现，标准工具结构存在掉刀和孔尺寸变形等问题。针对这些问题，修改了工具装配方式和刀头尺寸，并引入在线测量控制刀具加工高度，优化了六方孔钻削工艺流程，最终形成了一套合理有效的铝型材六方孔加工工艺。

铝型材；六方孔；加工工艺；变形；参数

采用传统普通机床加工六方孔时，先钻底孔，然后再进行插削、拉削或冲压加工。采用电加工时，通过线切割加工通孔，通过电火花成型机加工盲孔，加工效率低下。有了数控机床后，在数控机床上可以采用铣削加工的方法来加工无圆角六方孔、八方孔和方孔等多边形内孔(包括通孔或盲孔)。这种加工方法对有该类孔的零件加工，特别是单件或小批量的模具类零件的加工带来了极大的方便。但采用数控铣削加工的方法仍有以下缺点：1)要制作异形的专用铣削刀具；2)要计算刀心的运动轨迹后编程，计算过程复杂，易出错；3)刀具刀心运行轨迹要通过三角函数计算，孔的加工尺寸精度稍低[1-2]。

1 铝型材结构及六方孔尺寸

城轨地铁铝合金车体侧墙材料为中空挤压铝型材，型材断面如图1所示。铝型材内布有斜筋，将型材断面分为方向不同的三角形，无圆角六方孔分布在三角形腔的中心位置，无圆角六方孔对边距离为A。

2 加工工艺

零件毛坯为薄壁中空挤压铝型材，六方孔仅开在单侧外壁为盲孔，型材外壁较薄易发生变形，且零件外形尺寸较大，无法采用传统的拉削、插削或冲压方法加工六方孔。

2.1 初期加工工艺

六方孔对边尺寸为A，尺寸较小。采用的加工工艺为：1)令D=A-1，用φD的钻头钻底孔；2)编制对边尺寸为A的六方孔铣削数控程序，用φ3铣刀精铣圆角为R1.5的六方孔；3)制作对边尺寸为A的无圆角六方冲头，头部有锥度为3°，长度为2 mm的引导部分，引导部分圆角由R1.5渐变为0。人工操作，将已精铣为R1.5圆角的六方孔精修为无圆角的方六孔。

此加工工艺可以加工出尺寸精确的无圆角六方孔，但是仍存在以下3个问题：1)六方孔的加工需要经过数控设备的钻削、铣削加工，及人工用专用工具将圆角部分精修为尖角，六方孔的加工需要经过多个工步，特别是需人工精修尖角，效率低；2)人工精修尖角过程中，可能出现冲头放置不垂直，锤击用力不垂直，从而造成六方孔的六个角处高低不平，影响外观质量；3)人工精修尖角时劳动强度大。

2.2 新加工工艺

为提高加工质量及加工效率，经多方查找资料得知，上海研马公司的多边形内孔成型刀具可以方便、快速、正确地加工出四角和六角等多边形内孔；但是，其成功的实例均是在碳钢零件上，且以螺栓上多边形内孔居多，铝合金材料塑性和韧度好，黏附性强，薄壁件刚度较低，易变形，没有在铝质零件特别是铝型材上的加工经验。经与相关技术人员交流，一致认为多边形内孔成形刀具可以完成铝型材上六方孔的加工，但是需要进行相关的加工工艺试验，以便获取合理的切削参数。

2.2.1 初步试验工艺及存在问题

选取与零件同种型材的试验料进行加工试验，六方孔的加工位置及大小与产品零件相同。初步试验的加工工艺为：1)在数控加工中心上用φD钻头钻削底孔；2)数控加工中心采用六方孔成形专用工具，以S1000、F300成形刀加工对边尺寸为A的六方孔。此工艺存在以下3个问题。

1)底孔为φD，六方孔成型刀对边为A(D=A-1)，六方孔成形刀钻孔时阻力较大，薄壁铝合金刚度较低，成形刀会将六方孔周围压低变形，而当六方孔钻透时，型材壁回弹，发出声响，引起刀具振动，影响加工质量，而且易损伤成形刀。

2)六方孔钻透后回弹收缩，加工出的六方孔尺寸比成形刀小，成形刀退出时会将型材壁拉起，成形刀完全退出时，型材壁回弹，又发出声响；成形刀体与刀柄为莫氏锥连接，成形刀退刀时收缩的六方孔夹住刀体，会将刀体从刀柄中拉出，须人工重新装刀。

3)成形刀端部为平面，刚开始钻六方孔时，成形刀会在型材表面转动，产生划痕，影响外观质量。

2.2.2 工艺改进措施

针对试验工艺加工过程中出现的问题，进行了以下相应的工艺改进。

1)为了避免发生掉刀，将成形刀与刀柄的连接方式由莫氏锥柄连接改为侧固连接。

2)对于要加工的六方孔对边尺寸A0+0.1，经测量可知，六方孔加工后与成形刀尺寸相比，收缩了0.02 mm。为避免钻六方孔时压力和型材壁变形大，同时保证六方孔尺寸在公差范围内，钻底孔时用φB钻头对边尺寸为A(A=B+0.05)的六方孔成形刀加工六方孔。

3)为了避免因成形刀在型材表面转动而形成划痕，采取了以下工艺改进措施：a.用Renishaw测量探头测量六方孔加工位置的Z向坐标，得到准确的Z坐标MP[*，2]值；b.钻底孔后，在孔口处倒角C0.5；c.结合Z坐标MP[*，2]测量值、底孔孔口倒角尺寸及六方孔成形刀的尺寸，通过CAD绘图进行数值分析和计算，使成形刀在转动前与孔口倒角面形成0.1 mm的预压变形，成形刀头受到压力，即可避免机床主轴旋转时成形刀头跟随旋转而在型材表面形成划痕。

4)为了保证六方孔加工后方向一致和外观整齐，利用机床的主轴定位功能，使刀具在固定的起始旋转角度，在型材表面预压0.1 mm后再旋转主轴。

2.2.3 优化后加工工艺

经过多次试验，总结出合理、有效的六方孔加工工艺流程为：1)用Renishaw测量探头逐个测量需加工六方孔处型材表面，得到准确的Z坐标测量返回值MP[*，2]；2)用直径为φB(六方孔对边尺寸A=B+0.05)的钻头钻底孔；3)用直径为φB2(B2=B+3)的钻头在底孔口加工C0.5倒角；4)用对边尺寸为C(C=A+0.05)的六方孔成形刀钻六方孔。

六方孔钻削过程如图2所示，加工后效果如图3所示。

图2 六方孔钻削过程图 图3 六方孔加工效果图

3 结语

加工工艺是影响加工效率的首要因素，也是影响加工质量和加工成本的重要因素。采用成熟的加工工艺可以集中成一个工序来完成六方孔的加工，减少了加工流程时间，提高了加工效率，保证了加工质量的稳定、可靠。

[1] 杨文明.数控铣削无圆角六边形孔[J].数字技术与应用，2009(1):20.

[2] 毛东风.方孔加工原理及工装结构设计[J]. 石油机械，2010,38(1):35-38.

责任编辑马彤

ANewProcessingTechnologyofAluminumProfilewithoutRoundedCornersoftheSixSquareHole

WANG Hai, WANG Zhongping

(CSR Qingdao Sifang Locomotive Vehicle Share Co.，Ltd., Qingdao 266111, China)

The paper introduced the traditional machine tools and CNC machine tool processing method of six square holes, and analyzes the disadvantages of each. According to the performance characteristics of aluminum and the structure characteristics of the machined part, set the initial processing technology. After processing, initial process exist many problems, unable to meet the needs of mass production. Through investigation in many ways, select the introduction of six special square holes machining tools. Found in the process of test standard tool structure knife off, holes size deformation, etc. Way to solve these problems, modified the tool assembly, the size of the cutting tools, and the introduction of online measuring control tool processing height, optimized the six-party hole drilling process, and finally formed a set of reasonable and effective aluminum six square hole processing technology.

aluminum profile, six square hole, machining process, deformation, parameters

TG 659

：A

王海(1981-)，男，工程师，主要从事机械制造、数控加工及仿真技术应用等方面的研究。

2014-08-04