提高某零件精度的工艺方法研究

欧定国

摘 要： 本文通过对某零件加工的设备、刀具、切削参数、零件的装夹以及设备和刀具的调整方式等方面进行分析，总结出了提高零件表面加工精度的方法。通过实际生产进行验证，满足了产品的设计要求，该方法同样适用于其它产品的加工。

关键词： 精度；工艺参数；铝合金

1 引言

铝合金材料被广泛的应用于国防军工产品和民用产品中。我厂近年加工的某外协零件是某产品的重要零件，材料为：ZL101。由于装配空间紧凑、装配关系复杂，对其外形尺寸、表面质量以及与其它零件有装配关系的部位要求较高，零件的加工精度如果不满足设计要求，将会影响到部套中其它零、部件的装配。该零件的设计结构简图见图1：

从图1可以看出，该零件为薄壁、框架型结构，内腔的筋最薄处为1.5㎜、最厚处为3㎜，加工完成后要保证上、下两个平面厚度的尺寸公差在0.1㎜范围内，平面度≤0.05㎜，表面粗糙度Ra≤1.6μm。由于该零件结构的特殊性，在加工上、下两平面时为断续切削，采用一般的加工方法很难保证图纸的要求。下面，通过对该零件加工时的机床、刀具、切削参数及装夹等几个方面的分析，找出提高这类零件加工精度的方法。

2 材料的切削加工性能分析

铝合金材料的硬度約为80～115HBS，弹性模数较低、易产生塑性变形。切削时断屑困难，与刀具的粘结性较强，易产生积屑瘤，影响加工表面质量。又因为工件为铸造毛坯，在加工过程中易产生残余应力，在精加工之前应安排半精加工，使工件内的残余应力重新分布，减少加工变形。

3 加工设备的选择

加工设备的精度和工艺系统的钢度将会影响铣出的平面的理论平面度和表面粗糙度。工件和夹具的系统钢度应足够，使之稳定性好。

4 加工刀具的选择及刃磨

4.1 刀具材料

刀具材料对加工表面质量的影响，主要与材料的摩擦系数、粘结程度、耐磨性和刃磨工艺有关。硬质合金材料的刀具在高温时，刀面上形成氧化保护膜，能减少与加工表面间的摩擦系数，故有利于加工表面质量的提高。因此，在精铣铝合金材料的工件时，应采用硬质合金刀具。此种刀具的硬度和耐磨性可满足加工要求，而且能够获得更小的刀刃圆弧半径，刃口也能刃磨的更加锋利，能允许有较大的前、后角。

4.2 刀具的刃磨

刃口的质量对精加工和微量切削尤为重要。因为刃口的任何缺陷都将反映在已加工表面上，所以，刃口应平直、无锯齿，刃口采用锋刃，刀刃圆弧半径rξ=0.01～0.02㎜。

精铣刀的刀齿采用与进刀方向平行的刃带，即直线修光刃，修光刃两边有25°过渡刃，修光刃长度取4～6㎜。

由于铝合金材料的硬度不高，弹性模数较低、易产生塑性变形。在保证切削强度的条件下，选取大前角γ0=28°，取大后角α0=20°。大的刃倾角增加了实际前角，减小了实际刀刃圆弧半径rξ，使刀刃更加锋利，促进了微量进刀切削，同时，使刀刃渐渐切入工件，对修光刃的振动有消除作用，而且有利于排屑，为精铣降低表面粗糙度创造了有利条件。刀具刃磨时，刀尖几何角度见图2：

4.3 刀体结构

一般选用直径为φ150㎜左右的刀盘，采用图3所示的刀体结构。焊接式合金刀的刀杆装在刀盘槽中并用刀盘上的螺钉压紧并固定住。刀盘上装有2个刀齿，其中1个为精铣刀，1个为半精铣刀，精铣刀比半精铣刀高出0.05㎜，半径方向则小4～6㎜。刀体结构简图见图3。

5 设备和刀具的调整

5.1 设备的调整

铣削时主轴必须与工作台垂直，主轴与工作台平面的不垂直度应≤0.01㎜。

5.2 刀具的调整

铣削时，要求修光刃与进给方向平行。并使刀盘处于正倾斜状态。当正倾斜时，刀具有着切离的倾向，不会产生塑炼现象，可以得到符合要求的表面质量。在实际加工中，由于切削系统精度等原因，修光刃不可能总是与进给方向平行的，因此，就出现了修光刃与进给方向倾斜。当刀尖高于刀头根面时，称正倾斜，反之为负倾斜（见图4）。

从图4中可以得出：

（1）当α=0时，刀具修光刃与进刀方向精确平行，峰、谷不平高度h为最小。

（2）当α≠0时，刀具修光刃与进刀方向成α角，峰、谷不平高度h为：h=fz/（tgβ+ctgα）

式中：fz———每齿进给量

β———切削点导角

正、负倾斜的不同，对表面金相组织的影响是不同的。

当负倾斜时，由于刀齿根部总在切削区内，对表面很薄的一层金属刻划，导致在加工表面产生冷作、塑炼，就是我们常说的挤压，而不是切削。这样和抛光相似，峰被挤到谷里，工件表面过于光滑，这种金属表面的金相组织不完好。

当正倾斜时，刀具有着切离的倾向，不会产生塑炼现象，可以得到符合要求的表面质量。

在调整刀具时，要用百分表进行调整，铣刀端面跳动≤0.01㎜，刀具安装面要求清洁，否则会产生不必要的误差。

6 切削参数的选择

精铣切削用量的选用标准是在保证加工表面粗糙度的原则下，尽量选用好的刀具耐用度和较高的生产率。

1）走刀量选：235～375㎜/min。

2）主轴转速选：1500n/min，由于是微量切削，为防止切削软化、粘刀，其速度不宜过高，在待加工表面涂80%的煤油和20%的20#机油的混和液，可以起到降温、防止粘刀、降低加工表面粗糙值的效果。

3）切削深度选：ap=0.04～0.05㎜，最大不大于0.1㎜。切削深度应大于刀刃圆弧半径，否则刀具处于负前角状态，切屑不是切离出去，而是处在被挤向零件的状态。同时，由于采取修光刃，也不允许有大的吃刀量，以防止振动。

7 零件的装夹

该零件的外形尺寸不大，在加工时通常采用平口虎钳来夹紧。在零件的上部有一个R159.5的外圆弧，在装夹时，需要一个与零件外圆弧相贴合的内圆弧垫块，夹在零件与平口虎钳之间。由于零件外圆弧表面粗糙，与内圆弧垫块往往不是面接触，而是线接触或点接触，往往夹的不紧，吃刀量大时，会引起零件振动，引起打刀，造成零件报废。因此，在装夹零件时，在零件与内圆弧垫块及平口虎钳之间各垫一块软皮垫，增加了零件与内圆弧垫块及平口虎钳之间的摩擦力，就可以夹紧零件。这样夹持，还可以避免因零件凹凸不平而引起的零件过分倾斜。同时，在装夹零件时，夹紧力不能过大，如果夹紧力过大，会造成零件的变形，加工出的零件平面度达不到要求。当零件加工出一个平面后，可将已加工面贴紧后再固定钳口，从而提高零件加工精度。

8 结论

由于零件的精度要求高，因此，对机床和刀具的精度要求较高，只要控制好刀尖的几何角度及其参数、刀齿偏差、切削条件、切削用量、机床和刀具精度以及零件的装夹稳定可靠，就可以加工出尺寸公差为0.1㎜，平面度≤0.05㎜，表面粗糙度≤Ra1.6μm的零件。采用上述方法后，加工出的同类零件均能满足设计图纸要求。

参考文献

[1]《金属切削原理与刀具》，陆剑中 孙家宁 上海机械专科学校机械工业出版社.

[2]《机械加工工艺手册》孟少农 主编，1998年3月出版，机械工业出版社.

[3]《机械制造工艺学》江南大学 上海机械专科学校，机械工业出版社.