环形薄壁铝合金零件数控加工技术研究

牟文超

摘要：本文针对环形薄壁铝合金零件数控加工的相关技术进行研究，提出一些有效的加工技术发展策略，既为每一个模块都提供了充足的工作时间，保证了其实时性，又有效地避免了在转速太高的条件下的大量数据被泄露，促进环形薄壁铝合金零件数控加工技术不断优化发展。通过分析了某类产品中的铝合金薄壁盒体部件的技术需求及其结构和工艺特点，制订出了恰当的工艺方案。提出了采用真空吸盘进行装夹机械零件的一种工艺方法，解决了薄壁零件在生产工艺当中难装夹，以及在加工时容易变形等问题。

关键词：环形薄壁;铝合金零件;数控加工

一、引言

机械加工中，薄壁型零件因其形状复杂，并且其壁薄常常不均匀，不同的零件表面间的相互形位公差要求相对而言比较高，因此他们均属于难加工类型的零件，在实际的加工生产过程当中，需采用稳定性好的数控机床设备，才能实现加工。对于加工此类复杂的薄壁型零件，工艺上首先需要考虑和解决的就是装夹和加工中发生的变形等问题，采用真空吸盘吸住对工件的材料进行加工时的装夹和加工方法，可以有效地解决上述的问题[1]。

二、零部件的技术要求及其结构工艺特点分析

在各种工艺标准指导下进行数控程序的编制，这些程序是提高零件的加工质量及其加工的经济性最为必须。

（一）明确零件的精度要求

如果生产加工过程当中，该零件为某型产品上适用于电子通信器件的一个盒体。对于零件表面的粗糙度及其精度都有一些要求，其中最好的是ral .6，其平面度>0.05，所有的零件尺寸公差±0.03。该零件内部和四边的零件均需要经过加工，其壁厚最薄处应当通过加工控制为1mm，所用材料应当选择铝板6063，这种材料在实际使用上较软，当受到作用力时比较容易变形，并且这种材料的表面粗糙度较难达到工艺的精度要求，需首先进行热处理，在强化之后进行进一步的机械加工。

（二）结构工艺性分析

零部件的结构和工艺特性就是指零部件在能够满足实际使用条件的必要前提下进行制造。本零件的总体结构及其工艺特性进行分析时主要注意的有以下几个方面：

1.确定零件尺寸

在工件零件的内腔拐角处圆锥形半径的尺寸和大小决定了工件所用刀具的最大长度，而这个刀具直径的尺寸和大小与被加工件轮廓的长度高低会直接影响到工件的加工技术性，为了保证工件所用刀具具备一个足够的刚度，应该必须满足 r >0. 2h，其中 r 为圆弧形的半径，h 为被加工工件轮廓表面最大高度。本设计加工时刀具的圆角半径最小选择为0. 5mm，腔深 6mm，因此在进行内腔精切削时刀具直径选择φ1mm。

2.零件的结构宜便于安装加工

通过对本零部件的总体结构和性质进行分析，确定了工件的总体结构基本上是否符合设计要求。只是对零件的表面质量要求很高，因此还应当考虑在加工过程中的工艺装夹凸台。

3.拟采用真空吸盘装夹零件

当采用大量的零件之时，可以采用真空吸盘用于装夹零件，但是应当注意的是，需保證吸附范围内无通孔、通腔，因此，加工各面时暂不加工通孔与通腔[2]。

三、零部件加工工艺路线

（一）工艺措施

控制零部件的变形，这就是对薄壁高精度部件进行加工的技术关键。零件的变形不但会破坏了零件的最后精度，而且会导致零件在精加工的过程中失去了定位标准;当变形数量较多时，就有可能因为加工剩余而导致零件的报废。

零件变形的主要原因是毛坯中的残余应力、切削力和生产过程中的切削应力。为了减少变形，保证图纸要求，在工艺设计中采取了以下措施：消除应力的二次热处理退火，选择合适的装夹方式，选择合理的铣削参数和精加工余量。

（二）热处理

第一次热处理主要是为了增加强度，提高切削性能，对毛坯材料进行热处理强化：T6（淬火+完全人工时效），热处理参数应当调节合适。淬火处理中，加热温度为520±10℃，设备在硝酸炉中保持35-45分钟（如果使用带风机的井式炉，保持时间为50-65分钟），用水冷却设备进行处理，同时转移时间应当小于15秒。时效处理中，时效温度为185-190℃，保温时间为8-9小时。第二次热处理：粗加工后，采用去应力退火工艺降低零件的应力，强化时T6状态的退火温度低于回火温度，否则会降低零件的强度。去应力退火参数：加热温度150℃，保温2-3小时。毛坯中的残余应力和加工过程中的切削应力是不可避免的，因此通过热处理释放内应力是控制变形和稳定尺寸的主要技术手段。

（三）装夹方式

由于零件表面要求高，平面度> 0.05，用真空吸盘夹紧后进行铣削。为了将加工范围完全放在吸附范围内，适当增加零件的形状，设置了工艺夹紧凸台，以加强三个工艺凸台的刚性，首先用工艺凸台和真空吸盘夹紧加工内腔的所有平面，然后通过压力安装的方式去除所有工艺凸台，加工剩余的孔，穿过框架。

四、加工程序编制

（一）加工程序编制流程

首先，利用UG软件对薄壁箱体零件进行三维建模。建模时，带有公差标记的尺寸要按照中间公差建模。完成三维建模后，可以使用UG处理模块进行编程。UG编程的一般过程应该首先打开需要加工的零件模型，建立坐标系、几何图形、刀具;然后创建流程。具体过程是：（1）选择加工方法：如平面铣削、轮廓铣削、钻孔加工。（2）选择加工零件;如曲面、边界等。（3）设置相关工艺参数：切削速度参数、刀具轨迹、刀具进退等。（4）确认上述设置后，生成刀具轨迹。重复步骤（1）-（4），直到完成所有刀轨。

（二）特殊参数零件选择

特殊参数选择这部分有几个特殊参数选择：（1）分层铣削由于余量较大，真空吸盘吸附力有限，所以选择分层铣削。（2）螺旋式下刀主要是为了有效地减少螺旋下刀时对于刃体的承受力量和由此产生的震动，设置了一个螺旋下刀。（3）保持刀向下切。为了减少切削过多的次数，节省加工时间，需要设置此参数。（4）模拟加工。为了尽量减少数控机床在实际操作下加工时间，保证过程可靠性，应用 ug 软件对刀轨的路径进行了模拟和加工，以便于对过程进行详细的分析和观察各种刀具之间的干预情况。仿真过程对程序的正确性有很大的帮助。

五、结语

本文用数控加工的方法介绍了铝合金薄壁零件制造的全过程，证明了要提高数控加工薄壁零件的质量有以下几种方法选择切削性能好的材料、热处理、对加工余量和切削参数进行了优化，改进了刀具，简化了装夹方法等，对类似零件工艺处理具有一定的参考意义。

参考文献：

[1]简述薄壁类零件数控加工工艺改进[J]. 汪丽娟，魏领波.内燃机与配件. 2020（01）.

[2]提升机械零件数控加工精度的途径研究[J]. 李成本.设备监理. 2019（08）.