带散热筋壳体类零件加工工艺研究

宝鸡烽火工模具技术有限公司 陕西宝鸡 721006

1 零件特点

带散热筋壳体类零件一般都要求结构紧凑、散热性能好,因此散热筋排列比较密集,以便于达到良好的散热效果。图1所示带散热筋壳体类零件,相邻散热筋之间的窄槽宽度只有3 mm,深度则达到40 mm,加工过程中很容易夹断刀具。刀具的直径一般很小,为2 mm,导致刀具的吃刀深度不能过大,由此造成带散热筋壳体类零件加工时间长,加工难度大。另一方面,零件散热筋两端与侧壁接通,要求加工的散热筋面与其它侧面接刀平顺,如果只依靠立式加工中心进行加工,那么不但加工装夹次数多、准备时间长,而且侧壁很容易造成接刀错台,严重影响零件的生产及交付周期。

2 加工方案

通过对人、机、料、法、环、测这六大要素进行分析,发现带散热筋壳体类零件加工设备选用与加工路线制订非常重要。笔者通过设计专用夹具,缩短加工的准备时间,并且根据加工设备与零件结构特点,应用MasterCAM软件对加工路径进行模拟,并进行样件试加工,合理优化加工刀具参数与路径,在保证零件质量的前提下,大大缩短加工周期。

图1 带散热筋壳体类零件

3 加工设备

一般情况下,带散热筋壳体类零件选用普通铣床铣削外形,选用立式加工中心铣削零件四侧面及内腔[1-3]。采用立式加工中心的缺点是装夹次数多,每次找正花费的时间长,并且不同操作人员在相同工作时间内的生产效率差别很大。改用卧式加工中心铣削外形,可以实现一次装夹,四个侧面一次加工到位,大大缩短加工准备时间。由于排屑容易,还可以提高零件的表面加工质量。针对零件散热筋多、槽窄且深的特点,选用精雕机加工深槽,基于高速加工的特点,可以大大缩短加工时间。与此同时,所使用的刀具不易折断,从而缩短刀具再次装夹的时间。

4 专用夹具

根据卧式加工中心的特点,在保证加工精度的前提下,夹具应简单易用,且具有通用性。笔者以零件底平面及两个工艺孔定位,这符合夹具一面二销的定位原理。以底面定位的优点是夹紧力自下而上,使夹紧机构简单且紧凑。采用内六角螺钉连接零件,使夹具[4-5]和零件的敞开性最佳,便于多面加工,实现工序的高度集中,从而保证各加工面的相互位置精度。由于零件主要部位的加工精度依靠加工中心一次定位集中加工来保证,而所选取的定位孔不是关键加工要素,仅仅是为确保定位安装而人为加工出的定位工艺孔,因此卧式加工中心的夹具制造精度一般不高于传统的采用分散工序加工的普通机床夹具制造精度,选择一个相对较粗的基准定位,通过加工中心的集中加工来确保各加工部位的精度即可。

根据零件特点,设计专用夹具,如图2所示。使用内六角螺钉、双头螺柱等简单元件进行夹紧,从而实现一次装夹,使四侧面分别加工到位。这一专用夹具的优点是夹具结构简单,制造成本低,夹紧简单;选用棘轮扳手,可实现快速夹紧零件;通用性好,更换垫板后,还可以加工其它同类零件。专用夹具底板三维模型如图3所示。底板通过垫铁可以连接零件与工作台,起到固定的作用。

图2 专用夹具

图3 专用夹具底板三维模型

5 加工工艺路线

将待加工零件放置在立式加工中心上铣削大平面,并在待加工零件内腔后续需要铣削掉的空白处加工出两个φ12H7工艺孔,钻攻4-M12螺纹紧固孔。首件需铣削30 mm深并留裕量,作为卧式加工中心的找正粗基准。零件内腔连接孔如图4所示。

零件通过专用夹具安装在卧式加工中心上,铣削四个侧面。其中,垫板外形尺寸小于零件最大外形尺寸,用棘轮扳手结合内六角扳手将零件固定在专用夹具上。本道工序一般安排在铣削散热筋前,方便铣削散热筋时排屑。MasterCAM软件中模拟零件侧面加工效果如图5所示。

图4 零件内腔连接孔

图5 零件侧面加工效果

将零件装夹在精雕机上加工散热筋,MasterCAM软件中模拟散热筋加工效果如图6所示。

图6 散热筋加工效果

零件四个侧面加工完成后,再进行内腔加工。选择立式加工中心将零件装夹在精密平口钳上加工内腔。MasterCAM软件中模拟零件内腔加工效果如图7所示。

图7 零件内腔加工效果

6 刀具与工艺参数

MasterCAM软件编程所用刀具及加工工艺参数[6-7]设置见表1。刀具选用的基本原则是进给快速、吃刀量小,并充分利用卧式加工中心及精雕机的优势。

表1 刀具与工艺参数

7 结束语

笔者对带散热筋壳体类零件的加工工艺进行研究[8-10],通过选择加工设备,改进加工工艺,确定刀具及工艺参数,使带散热筋壳体类零件的表面加工质量和尺寸精度都有了明显提高,缩短了加工周期,提高了加工效率,并积累了同类零件的加工经验。