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編者按

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白雪坤

圓形鋁合金結(jié)構(gòu)件常見(jiàn)于閥體類、泵體類和芯體類等零件，應(yīng)用于軍工、航天及高精密模具等領(lǐng)域。圓形鋁合金結(jié)構(gòu)件的最顯著特點(diǎn)就是精度高且形狀復(fù)雜，在材料選擇上以2A12-T4鋁合金居多，是一種常見(jiàn)材料，其機(jī)械加工性能良好，由于其最大的特點(diǎn)是易變形^[1]，因此其加工難度顯而易見(jiàn)。

2.1 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

圖1所示圓形鋁合金結(jié)構(gòu)件為動(dòng)力裝置中的泵殼芯體，結(jié)構(gòu)如圖2所示。該泵殼芯體為復(fù)雜的鏤空結(jié)構(gòu)件，且屬于薄壁件。從輸出精度上看，泵殼芯體是關(guān)鍵精密輸出結(jié)構(gòu)件；從裝配結(jié)構(gòu)上看，泵殼芯體是整套結(jié)構(gòu)的裝配載體。

a）正視   b）側(cè)視   c）仰視

a）正面結(jié)構(gòu)    b）反面結(jié)構(gòu)    c）側(cè)面結(jié)構(gòu)

圖2　泵殼芯體結(jié)構(gòu)

2.2 關(guān)鍵技術(shù)難點(diǎn)

泵殼芯體關(guān)鍵尺寸精度如圖3所示，工件上有多處幾何公差要求，且精度在0.02mm。從產(chǎn)品結(jié)構(gòu)上分析，局部實(shí)體連接部分壁厚僅為2.5mm，符合薄壁件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)；從加工工藝上分析，在保證產(chǎn)品精度的同時(shí)，如何控制產(chǎn)品的變形顯得尤為重要。

圖3　泵殼芯體關(guān)鍵尺寸精度

3.1 第一次開(kāi)粗

第一次開(kāi)粗如圖4所示。

a）效果圖   b）正面視圖   c）反面視圖

工藝分析如下。

1）去除大余量毛坯，使產(chǎn)品做初次應(yīng)力釋放。

2）粗車后工件的整體幾何公差精度應(yīng)＜0.1mm（含同軸度、垂直度和平面度），為后序定位加工做準(zhǔn)備。

3.2 第二次開(kāi)粗

（1）反面第二次粗加工　反面第二次粗加工如圖５所示。

圖5　反面第二次粗加工

實(shí)施方案：用三軸加工中心加工，立式自定心卡盤裝夾工件底部圓形毛坯。

１）對(duì)圖5所示工件綠色區(qū)域進(jìn)行二次開(kāi)粗，單邊留量0.5mm。

２）將圖5所示工件紅色區(qū)域凹槽加工到位（即最終產(chǎn)品此處區(qū)域加工到位，不留余量）。

c）轉(zhuǎn)換為6個(gè)M4螺紋孔和2個(gè)φ 4mm銷孔

4）圖5中有孔的大平面見(jiàn)光即可，保證與各孔垂直。

工藝分析如下。

1）根據(jù)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、尺寸精度分析得出圖5紅色區(qū)域?yàn)闇p重區(qū)域，因此加工到位，同時(shí)也滿足產(chǎn)品內(nèi)應(yīng)力的二次釋放。

2）在本工序孔與孔之間完成尺寸轉(zhuǎn)換后，與大平面共同形成“一面兩銷”的經(jīng)典裝夾定位模式，為后序工裝設(shè)計(jì)做準(zhǔn)備^[2]。

（2）正面第二次粗加工　正面第二次粗加工如圖7所示。

實(shí)施方案：五軸加工中心加工，專用工裝裝夾。

1）設(shè)計(jì)一面兩銷五軸正面銑削專用工裝（見(jiàn)圖8）。

2）圖7所示工件綠色區(qū)域進(jìn)行二次開(kāi)粗，單邊留量0.5mm。

3）圖7所示工件紅色區(qū)域凹槽加工到位（即最終產(chǎn)品此處區(qū)域加工到位，不留余量）。

工藝分析如下。

1）根據(jù)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、尺寸精度分析得出圖7所示紅色區(qū)域?yàn)闇p重區(qū)域，因此加工到位，同時(shí)也滿足產(chǎn)品內(nèi)應(yīng)力的二次釋放。

2）工件屬于鏤空結(jié)構(gòu)的薄壁件，應(yīng)優(yōu)先考慮讓工件垂直方向受力，而不是徑向受力，設(shè)計(jì)思路為：①定位面設(shè)計(jì)思路。結(jié)合上一工序，在孔與孔之間完成尺寸轉(zhuǎn)換后，遵循一面兩銷裝夾原則，圖8a中綠色面為定位面，兩處紅色銷釘限位^[3]。②裝夾方式設(shè)計(jì)思路。結(jié)合上一工序，在孔與孔之間完成尺寸轉(zhuǎn)換后，設(shè)計(jì)4顆內(nèi)六角圓柱頭螺釘（圖7中深藍(lán)色零部件），反拉工件主體螺紋的裝夾方式，考慮到本工序工件銑削余量較多，在工件最上端增加圓形蓋板（圖7a最上端黃色零部件），很好地起到穩(wěn)定工件主體的作用。

入爐溫度：室溫；升溫速度：127℃/h；保溫溫度：（185±10）℃；保溫時(shí)間：4～5h；降溫速度：43℃/h；冷卻方式：隨爐冷卻；出爐溫度：室溫。

工藝分析：①消除工件加工過(guò)程中的內(nèi)應(yīng)力。②穩(wěn)定工件基體組織。

5.1 車床工序

實(shí)施方案：數(shù)控車床加工，設(shè)計(jì)專用工裝裝夾。

1）圖9所示為自由狀態(tài)下基準(zhǔn)平面見(jiàn)光。車床鏜軟爪，輕夾藍(lán)色外圓，端面貼緊，車削紅色大面見(jiàn)光。

圖9　自由狀態(tài)下基準(zhǔn)平面見(jiàn)光

2）圖10所示為精車工件正面。專用工裝裝夾（與五軸正面銑削工裝相同），精車工件所有內(nèi)孔區(qū)域與外圓紅色區(qū)域。

圖10　精車工件正面

a）側(cè)視   b）剖視

圖11　反面車削工裝

圖15　產(chǎn)品正面精加工

3）工件反面加工順序：按圖17a方式裝夾工件，加工圖17a、圖17b中紅色標(biāo)記的8處螺紋孔、掛鉤區(qū)域及掛鉤內(nèi)壁，期間程序暫停，按圖17c所示卸下圓形壓板，再加工工件端面紅色區(qū)域至尺寸要求。

工藝分析如下。

1）反面銑削專用工裝（見(jiàn)圖16）裝夾設(shè)計(jì)思路：①定位面設(shè)計(jì)思路。依然遵循一面兩銷裝夾原則，圖16a中兩處綠色面為定位面，底部?jī)商幖t色銷釘限位。②裝夾方式設(shè)計(jì)思路。根據(jù)工件螺釘位置，設(shè)計(jì)圓形花形壓板（見(jiàn)圖17a藍(lán)色零部件），為防止精銑側(cè)面掛鉤振刀，增加中心圓形壓板（見(jiàn)圖17a上端黃色零部件）。

2）工件反面精加工分兩工步進(jìn)行，主要原因在于工件反面掛鉤懸伸過(guò)長(zhǎng)，在沒(méi)有圓形壓板的情況下，掛鉤區(qū)域發(fā)生振刀現(xiàn)象，表面粗糙度不達(dá)標(biāo)。

3）最后一個(gè)工序銑床工序關(guān)鍵部位精加工，加工內(nèi)容較少，不會(huì)對(duì)整體精度產(chǎn)生影響，更不會(huì)產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，工件加工完成后，經(jīng)檢驗(yàn)滿足圖樣要求。

圓形鋁合金結(jié)構(gòu)件泵殼芯體的整個(gè)工藝開(kāi)發(fā)過(guò)程的技術(shù)關(guān)鍵點(diǎn)，主要體現(xiàn)在以下3個(gè)方面：①?gòu)膱A形鋁合金結(jié)構(gòu)件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)出發(fā)，著重考慮產(chǎn)品在裝夾過(guò)程中的受力方向。②讓工件在自然狀態(tài)下裝夾，消除工件基準(zhǔn)平面的變形。③在產(chǎn)品加工過(guò)程中多次釋放內(nèi)應(yīng)力。以上3個(gè)方面相輔相成，使高精度產(chǎn)品得以完成。

參考文獻(xiàn)：

[3] 余光國(guó)，馬俊. 機(jī)床夾具設(shè)計(jì)[M]. 重慶：重慶大學(xué)出版社，2005.