薄壁零件加工精度要求？南京薄壁類零件加工哪家企業(yè)好？
一：干貨分享 | 薄壁零件加工精度要求？
如今制造業(yè)中難加工材料大量應用，其加工性能差與結構整體化帶來的結構復雜化和高材料去除率，給薄壁復雜結構件加工帶來了巨大挑戰(zhàn)，對制造裝備、工藝技術等也提出了更高要求。特別是大型弱剛性曲面結構件、薄壁回轉體類零件、薄型多面體類等零件，在裝夾技術方面亟待突破。
薄壁零件加工的柔性工裝設計
航天類的薄壁復雜結構件具有弱剛性、形狀結構相似等共性特征，同時型號種類呈現(xiàn)系列化發(fā)展特點，如艙體和端框類，舵面和翼面類等，這些零件的定位和夾緊規(guī)律性強。薄壁整體結構在切削加工中零件剛性隨大量毛坯材料的去除而變化，結構剛性低且復雜，因而客觀上要求加工中工件夾緊力要實時調整以適應零件整體動態(tài)剛度的變化;需要進行多點輔助支撐，以提高加工部位的局部剛度，減少薄壁變形。
帶傳感器的柔性工裝
綜合體現(xiàn)機電液一體化技術和多傳感器信息融合技術的柔性工裝是近年來出現(xiàn)的先進裝備技術，柔性工裝的技術特點是定位和夾緊元件為通用元件，可互換性好;定位夾緊位置可自適應調整;夾緊力大小、方向和夾緊順序可自動控制;驅動執(zhí)行機構為機電液一體化部件;應用位移、力和壓電傳感器元件。
柔性工裝技術可以使一套夾具滿足系列化多種尺寸規(guī)格的零件安裝要求，既具有機械式可調夾具和組合夾具的柔性，又具有特種專用夾具的高效性，適用于數(shù)控加工設備，可以使高速數(shù)控加工機床的性能得到更加充分的發(fā)揮，大幅度降低輔助準備時間。
大型曲面結構件加工方法
大型復雜鋁合金貯箱網(wǎng)格壁板是焊接成為貯箱的基礎零件，壁板按結構不同，又可分為殼段壁板和筒段壁板，不同型號的殼段壁板或筒段壁板結構又各不相同。根據(jù)設計要求，壁板在保持足夠剛度和強度的前提下需盡量輕量化，所以其模型存在獨特的結構特征。
壁板結構
壁板制造采用整塊鋁制板材輥彎后進行五軸銑削加工，整個加工工藝系統(tǒng)和加工過程具有區(qū)別于其他常規(guī)結構件加工的特點,這些特點主要包括：非規(guī)則蜂窩網(wǎng)格結構、凸臺和口框等特征交錯、整體相似與局部差異并存;宏觀大尺寸與局部變剛性特征相結合;多應力耦合條件下的復雜轉變規(guī)律，使得壁板發(fā)生宏觀的翹曲變形以及不同網(wǎng)格位置的局部變形加大了不同網(wǎng)格壁厚的不均勻性。
壁板真空吸附裝置
針對貯箱壁板高效高精加工需求，可以真空吸附裝夾技術，通過真空吸附夾具吸附裝夾零件，使其受到均勻分布載荷的夾緊力，從而減少零件因夾緊力造成的變形，提高零件的加工精度。真空吸附柔性裝夾裝置的主要組成包括：壁板內型面機銑加工大型真空吸附裝置、外型面機銑加工大型真空吸附裝置、真空發(fā)生系統(tǒng)、平臺一體化控制系統(tǒng)。其中，真空吸附裝置的主要組成包括鑄造形胎、轉臂氣缸和真空吸盤、閥塊模組、壓力傳感器、真空管路、快速接頭、手動截止閥、密封條等組成。
真空發(fā)生系統(tǒng)的主要功能是提供持續(xù)、穩(wěn)定的氣壓差，確保吸盤能夠牢靠的吸住工件。真空發(fā)生系統(tǒng)的組成包括：真空泵、消音器、電磁壓差真空閥、高真空隔膜閥、真空阱、高真空手動蝶閥、真空表、控制系統(tǒng)等，真空發(fā)生系統(tǒng)中重要的性能參數(shù)是其所能獲得的極限真空度和對容器的有效抽速。
薄壁回轉體類零件加工
艙體、端框等結構件屬于典型薄壁回轉體類零件，這類結構件的數(shù)控銑削加工柔性工裝可用于零件周向孔、槽、口框、型腔的銑削、鉆削與鏜削加工，而長度方向和直徑方向的夾持范圍均可在一定范圍內調整，工裝系統(tǒng)夾緊力范圍也可調，從而適應多品種相似結構產(chǎn)品的裝夾需求，其外圓車削夾具、內腔與端面車削夾具均具備軟爪卡盤裝夾功能，以適應薄壁結構的小變形裝夾需求。
傳統(tǒng)裝夾條件下，薄壁回轉體類零件多采用機械壓板、悶蓋的組合裝夾方式，裝夾時間長，裝夾可靠性完全依靠工人態(tài)度和工作規(guī)范性，夾緊力大小和一致性無法保證。根據(jù)薄壁回轉體類零件特征設計液壓柔性工裝系統(tǒng)，形成軸向夾緊位置可調，夾緊與浮動支撐結合，多點自動定心的柔性夾緊技術，從而滿足不同直徑和不同長度的回轉體類零件夾緊需求。
薄壁回轉零件銑削加工柔性工裝
多類型號的艙體、端框等薄壁回轉體類結構件均可采用同一套夾具裝夾，柔性夾具的軸向行程徑向行程均可以調整，軸向夾緊位置可以隨艙體外形加工的位置而改變，解決加工干涉問題。通過液壓站控制系統(tǒng)壓力和夾緊力大小，采用有限元仿真分析不同夾緊力條件下，零件裝夾變形情況，從而確定最優(yōu)夾緊力。夾具底部采用360度轉臺，能夠實現(xiàn)艙體等回轉體類結構件不同位置的旋轉和加工。
薄壁件外圓夾持示意
在艙體類零件的外圓與內腔加工中，六爪或八爪卡盤特別設計適于薄壁件和易變形工件的多點夾持。多爪卡盤基爪兩兩相連可浮動向心夾緊，這樣使多個夾緊點的力方向皆指向中心，保證工件不易變形。同時，此種設計使得在卡盤上直接使用傳統(tǒng)卡爪成為可能，并兼具離心力補償。
薄型多面體類零件加工
薄型多面體類零件一般有較高的空氣動力學要求，因此結構設計復雜，表面加工質量要求較高。這類結構件以多斜面為主，結構復雜，刃口部位局部最薄壁厚不足0.5mm，零件材料去除率達70%以上，典型零件對象包括舵面、翼面、罩板等。
傳統(tǒng)裝夾模式下，針對薄型多面體類零件舵采用機械壓板夾緊，裝夾時間長，裝夾可靠性完全依靠工人經(jīng)驗和工作規(guī)范性，夾緊力大小和一致性無法保證。根據(jù)薄型多面體類零件特征設計液壓柔性工裝系統(tǒng)，通過合理分布夾緊點，結合自動壓緊和壓緊力控制，形成適用于多種型號舵面、翼面類零件的柔性工裝系統(tǒng)。
舵翼類在加工過程中需要進行兩面加工，因此需要設計兩套柔性工裝系統(tǒng)來分別完成正面和反面的加工，結構示意圖如圖5所示。以翼面零件為翼面零件毛坯正面夾緊采用六個液壓轉角下壓油缸完成六個位置壓緊，毛坯放置底座采用挖空設計，防止在零件加工時底座干涉。通過液壓站控制系統(tǒng)壓力控制六個夾緊點夾緊力大小，采用有限元仿真分析不同夾緊力條件下，零件裝夾變形情況，確定最優(yōu)夾緊力。
在完成正面加工后，利用正面夾緊工藝搭子，反面夾緊采用六個液壓轉角下壓油缸完成與正面相同的六個位置壓緊，毛坯放置底座采用挖空設計，防止在零件加工時底座干涉。
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薄壁筒類零件的加工方法：
薄壁件目前一般采用數(shù)控車削的方式進行加工，為此要對工件的裝夾、刀具幾何參數(shù)、程序的編制等方面進行試驗，從而有效地克服了薄壁零件加工過程中出現(xiàn)的變形，保證加工精度。影響薄壁零件加工精度的因素有很多，但歸納直來主要有以下三個方面：
(1)受力變形
因工件壁薄剛性很差，車削是裝夾不當在夾緊力的作用下容易產(chǎn)生變形，從而因為切削力及重力影響使工件發(fā)生彎曲變形從而影響工件的尺寸精度和形狀精度。
(2)受熱變形
因工件較薄散熱性能較差，在切削熱的作用下會引起工件熱變形或膨脹，使工件尺寸難于控制。
(3)刀具磨損
由于薄壁工件較長一次走刀時間很長因此在切削過程中受振使刀具磨損較大從而影響工件的尺寸精度。
（4）跟刀架及中心架的使用
車超薄壁件時由于使用跟刀架，若支承工件的兩個支承塊對零件壓力不適當，會影響加工精度。若壓力過小或不接觸，就不起作用，不能提高零件的剛度：若壓力過大，零件被壓向車刀，切削深度增加，車出的直徑就小，當跟刀架繼續(xù)移動后，支承塊支承在小直徑外圓處，支承塊與工件脫離，切削力使工件向外讓開，切削深度減小，車出的直徑變大，以后跟刀架又跟到大直徑圓上，又把工件壓向車刀，使車出的直徑變小，這樣連續(xù)有規(guī)律的變化，就會把細長的工件車成“竹節(jié)”形。造成機床、工件、刀具工藝系統(tǒng)的剛性不良給切削加工帶來困難，不易獲得良好的表面粗糙度和幾何精度。
（5）同軸度難保證
工件內孔由深孔完成后，再精車外圓，深孔加工中難免有橢圓、錐度以及跳動等因素，影響外圓同軸度和跳動。
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薄壁零件加工工藝實例講解
為解決鋁合金薄壁零件在機械加工中由于變形影響零件的尺寸、形位公差的問題，以高速、低進刀、低切深的加工方法，通過一次裝夾完成零件全部關聯(lián)尺寸的加工，從而降低零件在加工過程中由切削力過大而引起的變形，避免加工基準與設計基準不能重合產(chǎn)生的誤差，提高零件的尺寸精度和形位精度。
1. 問題的提出
在零件的機械加工過程中，常常會由于內應力而產(chǎn)生變形，尤其是有色輕金屬如鋁、鎂合金的加工。內應力引起的翹曲、側彎和扭曲等形式的變形頻繁出現(xiàn)，會嚴重影響零件的加工質量及加工效率，特別是對于薄壁、薄板類零件表現(xiàn)得尤為突出。如何最大限度地減少或消除零件的變形，保證產(chǎn)品質量及生產(chǎn)效率，多年來一直是我們研究的課題。
2. 原因分析
為提高鋁合金的加工和使用性能，在加工前需要通過熱處理（淬火處理+時效處理）的途徑提高強度。材料在淬火過程中產(chǎn)生很大的內應力，時效過程不能完全釋放淬火過程中產(chǎn)生的內應力，在后續(xù)的機械加工過程中，新的切削應力產(chǎn)生，隨著材料的不斷去除，內應力的平衡狀態(tài)被打破，內應力重新分布，直至達到新平衡過程而產(chǎn)生變形，使零件失去應有的加工精度。而且當零件表面的應力超過材料的強度極限時，還會產(chǎn)生裂紋。
3. 解決辦法
針對以上原因，對于鋁合金薄壁、薄板類零件采用“套材”法進行加工?！疤撞摹狈ň褪且淮窝b夾完成所有尺寸加工后，再將零件從毛坯中掏出的加工方法。套材過程包括銑上面→粗銑內腔→粗銑外形→精銑外形→精銑內腔→精銑底面→點（鉆）孔→切斷等工藝。由于整個過程是在一次裝夾中完成的，在切斷之前，由于零件與毛坯材料底面連接，所以內應力的產(chǎn)生不會造成零件有較大變形，在整個過程中零件尺寸穩(wěn)定。在切斷時，需要讓毛坯材料與零件材料在底面有0.1mm粘連，以保證在整個“套材”過程中零件有足夠的強度抵抗加工過程中產(chǎn)生的切削應力。
將零件從毛坯中切下后，零件雖由于應力釋放而發(fā)生變形，但是零件上各相對尺寸不會改變，只需要增加校正工序校平底面所有尺寸、形狀均可恢復正確。
4. 應用實例
如圖1所示為鋁合金薄板零件，我們應用“套材”法進行加工，方法如下：
（1）工藝過程制定：由于零件最終厚度為2mm，在下料機加工過程中容易產(chǎn)生應力，發(fā)生變形，根據(jù)其結構特點，具體加工工藝流程為下料→時效→銑基準→磨基準→去毛刺→銑外形（“套材”法加工）→去毛刺→校正→檢驗→入庫。通過時效工序消除下料過程中產(chǎn)生的應力；通過銑基準、磨基準工序，保證基準平面與夾具定位面完全接觸，定位準確可靠，從而保證銑外形工序中厚度方向的所有尺寸。由于這兩道工序屬于見光加工，所以在此過程中產(chǎn)生的微小應力引起零件的變形量不會影響加工尺寸；通過銑外形（“套材”加工）完成零件所有尺寸加工；通過去毛刺工序去除加工過程中產(chǎn)生的各種毛刺、飛邊，保證后續(xù)加工定位精準；通過校正工序校正由于大余量加工后零件產(chǎn)生的變形；檢驗工序檢驗零件所有尺寸與圖樣要求的符合性；最后入庫提交。
（2）毛坯尺寸確定：毛坯長度
式中，H毛坯為毛坯厚度；H零件為零件總厚度。
（3）裝夾方式確定：由于零件外形尺寸較小，采用組合夾具，以底面定位，壓住零件邊沿即可（見圖2）。壓板必須均勻分散在毛坯的周邊，保證整個加工過程中零件底面與夾具緊密貼合。壓緊位置必須在刀路邊界之外，避免在加工過程中銑刀壓板。
1.零件輪廓 2.刀具 3.毛坯邊界4.刀路邊界 5.壓板
（4）“套材”過程實施：
①刀具的選用。為在套材過程中減少零件變形量，在保證加工效率的前提下，盡量選用直徑小的刀具。刀具越小，加工過程中的切削力就越小，產(chǎn)生的應力也越小。本零件加工選用φ 6mm立銑刀。②切削用量的確定。為減少切削力，按高轉速、高進給和小切深的原則選用切削用量。根據(jù)加工現(xiàn)場機床的剛性和最高工作轉速，選擇轉速S=4 000r/min，進給速度F=1 000mm/min，徑向切深= 50%D刀具，軸向切深0.2mm。
③程序的編制。銑外形在銑加工中心上進行，利用編程軟件按照零件圖樣建立數(shù)字模型后按“套材”法包含過程中的刀路順序編制數(shù)控程序，編程過程中按前述選擇刀具和切削用量（見圖3）。
（5）實施效果：通過實際加工驗證，校正后的零件所有尺寸均滿足圖樣要求。銑外形工序實際加工時間為33min，滿足批生產(chǎn)要求。
5. 結語
“套材”法目前已經(jīng)在我廠鋁合金結構件批生產(chǎn)加工中廣泛應用。不僅提高了加工效率和產(chǎn)品質量，而且因為是一次裝夾完成所有尺寸加工，從而避免了設計基準和工藝基準不重合而引起的誤差，避免因尺寸鏈換算而壓縮公差，簡化了工藝規(guī)程制定過程和零件的加工過程。
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