不锈钢薄壁精密件的加工工艺分析及夹具设计

文志成 罗华 唐杰 陈光源

关键词：薄壁精密件;工艺分析;夹具设计

一、引言

随着科学技术的飞快发展，各个领域对零部件的加工精度要求越来越高，对产品结构件的性能提出了更高的标准。薄壁复杂零件因为它具有重量轻，节约材料，结构紧凑等特点已日益被越来越多的应用于高新技术等领域，并经常被用于特殊环境和特殊装备中。但为达到减重、薄壁、高强度的效果，薄壁件通常使用综合性能要求更高的材料制造，与此同时产生加工变形的原因又变得更加多种多样，而这些因素之间又相互影响和制约。针对实际生产过程中结构件加工变形问题，本文通过不锈钢薄壁精密件的加工工艺分析为案例，对现有加工艺进行改进，设计了一种利用数控车削代替数控铣削的机加工夹具。该夹具能准确快速的装夹定位、降低切削力对薄壁件的冲击，做到有效防止切削受力引发薄壁件加工变形，保障零件加工的质量可控性，达到提高加工效率。

二、不锈钢薄壁精密件的加工工艺分析

1.不锈钢薄壁精密零件图样的分析

该薄壁精密件为不锈钢材料，通过对图1所示的零件图进行分析可知，该薄壁精密件单边最厚为0.75mm、最薄处为0.5mm，并且同轴度与垂直度要求较高;薄壁件边缘上有三段不均衡的圆弧。

图2所示为壁精密件加工部位，零件的D、E、F是三段不均衡圆弧待加工部位，三个圆孔G、H、I在同一直径圆上不等分分布，A、B、c、J是加工的内外圆柱面，J圆柱面壁厚比较薄。现有加工该零件通用的方法是：1.采用三爪卡盘装夹后在数控车床车削加完成A、B内外圆柱面;2.通过涨力心轴以A内圆柱面为基准固定，车削加完成C、J两处外圆柱面;3.通过涨力心轴以A内圆柱面为基准固定，在数控铣床上铣削完成D、E、F三段圆弧和G、H、I三个圆孔。该加工方法为了保障零件的形位公差，每装夹一次都需要用百分表校正装夹定位精度，校正耗费时间长，造成加工效率低;在铣削D、E、F三段圆弧时，由于三段圆弧不均衡分布，铣削过程中产生的不均衡铣削力对薄壁件的冲击极易引发薄壁件加工变形，在现实加工中该原因也是该零件在生产过程中产生废品率最高的工序。如何有效防止受力不均衡引发薄壁件加工变形，同时做到快速装夹与校正零件，提高加工质量的可控性，降低废品率，是该零件加工需要解决的主要技术难题。

2.加工工艺分析

鉴于对上述不锈钢薄壁精密件加工遇到的技术难题，目前数控加工设备、刀具及加工方法只要选择得当對加工此类零件从技术层面分析是不存在太大技术难度，但要预防在加工过程中受力不均衡引发薄壁件加工变形，同时提高加工质量的可控性，则要通过有效的加工工艺改进，降低不均衡切削力对薄壁件的受力冲击，防止受力不均衡引发薄壁件加工变形。

在此该不锈钢薄壁精密件选用哈挺EU42M车削加工中心进行加工，利用哈挺EU42M车削加工中心主轴做为动力加工A、B、C、J的内外圆柱面，用主轴卡盘做为固定装夹并实现分度、利用刀架动力头作为动力加工G、H、I三个圆孔，通过设计与制作一个专用夹具来满足加ID、E、F三段不均衡圆弧，此方法可以有效实现以车代铣，减少装夹次数，降低装夹造成的误差。

3.薄壁精密件机加工夹具设计与制作

该不锈钢薄壁精密件机加工夹具设计原理：在装夹固定盘中部设有用于安装零件固定螺纹柱的阶梯孔，装夹固定盘上表面设有三个位于阶梯孔周缘的薄壁件限位孔，薄壁件限位孔的周缘设有零件定位销孔。零件固定压紧盘中部设有定位孔，零件固定压紧盘在与三个薄壁件限位孔相对应的位置分别设有圆弧形的让位凹槽，待加工零件定位在薄壁件限位孔中，待加工零件的加工边缘方向由薄壁件限位孔周缘的定位销孔通过零件定位销定位，零件固定螺纹柱由阶梯孔底端向上延伸，零件固定压紧盘套在零件固定螺纹柱外并位于待加工零件的上端表面，固定螺母由零件固定螺纹柱上端向下旋钮向下压紧零件固定压紧盘，使零件固定压紧盘紧压在待加工零件上表面。该设计简化了装夹工序、实现快速装夹与校正、有效防止加工受力引发薄壁件加工变形、降低操作人员的装夹难度。

4.薄壁精密件机加工夹具的应用技术方案

待加工薄壁精密件定位在薄壁件限位孔中，薄壁精密件的销孔与装夹固定盘上的零件定位销孔一一对应，并装上零件定位销，零件定位销定位在待加工零件的销孔与薄壁件限位孔周缘的零件定位销孔中，利用薄壁精密件的销孔为基准与机加工夹具的零件定位销配合限制待加工零件的前后左右位置及转动自由度，再利用薄壁精密件的薄壁外圆与机加工夹具的薄壁件限位孔装配限制待加工零件的上下自由度。零件固定螺纹柱由装夹固定盘阶梯孔底端向上延伸且顶端穿出阶梯孔，零件固定压紧盘通过定位孔定位在零件固定螺纹柱中段定位部外并压在待加工零件的上端表面，固定螺母与零件固定螺纹柱的上段固定部相配合，固定螺母由上向下压在零件固定压紧盘上表面，使得零件固定压紧盘紧压在薄壁精密件上表面。利用机加工夹具的零件固定压紧盘压紧薄壁精密件的连帽从而固定待加工零件，利用机加工夹具的固定螺母锁紧薄壁精密件于机加工夹具的装夹固定盘与零件固定压紧盘之间，完成装夹。以薄壁精密件边缘上G、H、I三个圆孔对应定位D、E、F三段不均衡圆弧，装夹一次在夹具里的三个零件分别对应完成一段圆弧加工，再将薄壁精密件依次对应圆弧边装夹，即可完成薄壁精密件边缘上不均衡的三段圆弧加工。

三、结论

通过不锈钢薄壁精密件的加工工艺分析，针对本薄壁精密件加工特点设计与制作机加工夹具，可使传统的铣削加工不均衡圆弧改为车削加工，有效减少不均衡切削力对加工零件的冲击，防止受力不均衡引发薄壁件加工变形，简化装夹工序、实现快速装夹与校正、降低操作人员的装夹难度。通过该薄壁精密件机加工夹具的应用，在企业实际生产应用中加工效率提高了30%。