“壳盖”薄壁铝合金件加工工艺

“壳盖”零件是一个薄壁的铝合金零件，其形状及尺寸如图 1 所示 . 零件的主要特点就是壁薄，由于是铝合金件， 其强度差，加工时容易变形，要高效率加工合格的零件，加工过程中编制好工艺路线，做好准确的装夹与定位，就至关重要，同时要控制由于切削对零件产生的变形。

一、工艺分析

考虑到此零件的内、外形均为圆环形状，其主要的加 工方法为数车工序完成，数车工序为分别加工内、外形 2 个步骤［1］。这里就要考虑加工完第一工序后，在进行第二工序加工时的装夹与定位问题。既要能准确装夹与定位， 又要使第二工序的加工操作方便［2］。在经过多次的工艺路线分析及相配合的夹具结构设计之后，确定了先加工内形面，并在其端面上制出装夹定位的位置，然后进行外形面的加工。

二、工艺路线

在加工零件的内形面之后，“壳盖”需要安装在一种辅 助夹具上，才能进行第二工序的加工，如图 2 所示。

1. 第一工序的加工

“壳盖”在第一工序中要完成如图2（a）所示的加工内容， 注意保持各个孔与M64mm×0.75mm螺孔的同轴度。由于“壳 盖”壁薄，偏心更易使“壳盖”产生变形。

2. 第二工序的加工

如图 2（b）所示，型腔口部的 M64mm×0.75mm 螺纹 段位为装夹部分，用 M64mm×0.75mm 螺纹与辅助夹具进行定位与连接。其夹具的设计，如图 2（b）所示。从图中 可以看出，辅助夹具的设计，其型面尺寸与零件的内形面是 一致的，零件扣在夹具上，并通过 M64mm×0.75mm 螺纹 拧紧，以保证零件内形面与夹具相贴合，这样，在加工外形面时，零件不会产生变形。

3. 安装在辅助夹具上“壳盖”切削时加紧状况的分析

零件在装夹后，车刀切削时，零件的状态是否会松动， 可通过图 3 做一个装夹及切削的状况分析。 从图 3（a）中，显示零件在装夹到夹具上时，是顺时 针方向旋紧。

从图 3（b）中可以看出，当主轴旋转，车刀 切削零件时。车刀作用到零件上切削力的方向是与车床的旋 转方向相反的方向。即切削力也为顺时针方向，这就和零件 装夹拧紧时力的方向一致。所以，在车刀切削零件时，零件不会松动，而且会贴的越紧密。 通过上述零件加工的分析，若要保证零件加工后内、外形面的同轴度。就要确保零件在第二工序加工时，装夹后其轴线与车床旋转轴线保持一致。从辅助夹具的制作，到零件的装夹。可以看出，只要夹具制作完后，就不能松动夹具， 此时装夹的零件和车床主轴的中心线才是完全一致的。也就是说，每加工一批次的零件，在零件加工到此工序时，就要配制一个夹具，这样才能保证零件加工后其内、外形面同轴度的要求。

三、控制加工参数来控制对零件产生的变形

（1）合理的选择加工刀具控制变形。刀钝会使零件主切削抗力加大，零件轴向压力加大，造成零件变形。刀具切削刃太锋利，虽说有利于切削，但易加速刀具磨损，将零件拉向切削力的反方向，同样使零件变形。经实践粗加工时：刀具选用 R 形断屑槽，前角 γo ＝ 20°～ 25°，后 角 αo ＝ 6°～ 10°；主偏角 κr ＝ 91°～ 93°；负偏角 κ'r ＝ 6°～ 8°；主要是减小刀具摩擦及振动。精加工时：前 角 γo ＝ 25°～ 30°，后角 ao ＝ 10°～ 12°；主偏角 κr ＝ 45°～ 90°，负偏角 κ'r ＝ 10°～ 15°；主要是减小径向切削力，避免振动，并且加宽了主切削刃，从而减小了单位长度 上的负荷，刀尖角大，散热快。刃倾角 λs ＝ 5°～ 10°，粗 加工取小值，精加工取大值，用来弥补法向前角大而引起刀刃强度差的缺陷。刀具切削刃要求磨的锋利，刀面表面粗糙度值要小，提高零件表面加工质量。加工时将刀具通过刀架使切削刃沿轴向装夹，通过薄壁壳体的加工此径向切削力最小，工件不易变形。　

（2）合理的选择切削参数控制变形。粗加工时进给量为 0.5 ～ 0.3mm/r；切削深度 0.5 ～ 1mm；切削速度 100m/min。 主要是去除壳体零件大的余量，加快零件的散热性，加速切 削应力的释放。精加工时进给量为：0.05 ～ 0.07mm/r，切削深度 0.05 ～ 0.075mm，切削速度 65m/min。主要是壳体零件加工时避开了与机床的共振，避免了切削时振动引起的变形。 高速度、小进给量，提高工件的表面加工质量，同时减小径向切削力，减小应力变形。

（3）增加半精加工工序控制变形。随着零件加工余量 的逐渐去除，零件加工应力逐渐释放，为了保证零件加工尺寸精度及形位公差要求，增加一道半精加工工序，加工余量控制在 0.5 ～ 1mm 左右，给精加工留余量 0.3 ～ 0.5mm， 主要是将壳体零件曲线椭圆形状在粗加工基础上，进行一次半精加工使加工应力进一步得到释放，为后续精加工打 下基础。

（4）在精加工前安排一道基准精加工，消除工件定位的椭圆度，保证定位尺寸的一致性及精度，使壳体零件与夹具定位间隙最小，达到保证形位公差要求的目的。

（5）最后需要在辅助夹具上将壳体零件多余的 M64mm×0.75mm 螺纹部分切除。

四、小结

应用上述的工艺方法，对一个批次为 100 件的零件进行加工，其加工过程还很顺利的，零件尺寸及同轴度都能满足图纸要求。超过 100 件的零件，便会因辅助夹具定位面磨损而影响产品的质量，此时最好是要重制辅助夹具。由此零件的加工可以看出，只要找到零件的加工规律 , 再根据被加工零件的特点 , 就可以选择必要的加工方法来保证其技术条件的要求。

参考资料

［1］王祝堂、田荣璋，铝合金及其加工手册［M］. 武汉： 中南大学出版社，2000 年

［2］ 潘复生，张丁非，铝合金加工工艺［M］. 北京： 化工工业出版社，2007 年 作者简介：袁开波，男，汉，（1978—）湖北宜昌，高 级工程师，从事模具设计制造及金属加工工艺工作。

 

 

□ 中国航空工业集团公司航宇救生装备有限公司 袁开波