铝合金复杂薄壁件加工工艺优化

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Optimization of Process Technology for Aluminum Complex Thin-wall PartWANG Kai，FAN Ji-hang，DENG Jing-liang(China Air-borne Missile Academy，Luoyang 471009，China)Abstract：Aiming at a kind of aluminum complex thin-waled pads，this paper optimizes the process technology and determines theclamping scheme and processing parameters.By contrast with the process scheme of using highspeed mil machine，the scheme ofusing normal mil-machine can be used to reduce the process dificutry and a reference can be gave to the process of congenericcomplex thin-wal Parts。

Key words：aluminum aloy；thin-waled parts；process optimization；process technology0 概述某型发射装置中的横梁是用来连接及固定发射梁、上本体和前后支架。该零件体积大，结构复杂，精度要求高。

因加工工艺的不合理从毛坯到最终的产品材料去除量达90%以上，是典型的薄壁复杂件。因零件跨度大 ，支撑面小，结构复杂 ，造成装夹困难，加工易产生零件变形，图样关键尺寸精度普遍难以保证 ，产品合格率低，-直严重影响产品的生产交付。针对该铝合金复杂薄壁件的加工，采0 0 取了具体的工艺措施 ，确定了合理的工艺参数及路线，保证了加工品质。

I 工艺难点分析图 I所示为横梁结构简图，零件毛坯为 LY12预拉伸铝合金板材。零件形体比较复杂，缺少理想、可靠、稳定的定位基准，而底面上的加工要素较多，且各要素之间具有较高的位置精度要求。

- I。 。Jr - - .吕 厂 兽J 0 · 0l H ·r 国- 毒0 -。 -- - 535 。 A图 1 横梁结构简图作者简介：王凯(1979-)，男，河南洛阳人 工程师，主要从事机械结构设计与工艺工作。

Machine Building Automation，J 2013，42(3)：47-49 ·47·· 机械制造 · 王凯，等 ·铝合金复杂薄壁件加工工艺优化从结构简图分析，该零件加工中存在以下难点：a)零件顶面厚度仅有5 mm，侧壁高且薄，整体钢性较差，在装夹和加工过程中易变形，而零件很多孔、槽的位置尺寸及形位公 差要求较高 ，加工不易保证。尤其是135 ∞、165 、looI：等底面上的相关尺寸会因为中间通槽变形而超差。

b)加工时，顶面定位面仅宽 108 mm，不到总宽的三分之-，考虑到零件的高度 50 mm，-旦顶面平面度过大，必然会造成零件倾斜，基准 A偏移 ，图中几个对称度无法保证。实际加工中，零件的加工变形-直是影响产品品质的关键因素。

c)零件变形会造成测量时基准面不稳定，影响测量结果稳定性 ，这也是-个急需解决的问题。

d)零件底面对称分布的几处减重槽结构复杂，数控加工性能与效率需兼顾 J。

2 工艺优化方案通过前批加工，存在零件装夹定位困难，定位精度不易控制及精加工变形易造成零件外形及孔距尺寸超差严重。

针对该复杂薄壁件的关键问题，制订了相应的工艺优化 。

2.1装夹定位方式的设计横梁结构复杂，零件本身可提供的可靠装夹部位只有零件的中间通槽。若仅仅靠该部位定位，装夹时会造成零件变形，另外零件悬臂处没有刚性支撑，加工品质难以保证。于是在初步攻关方案中考虑通过增加 8处工艺凸台，用通用虎钳装夹的方式进行加工。虽然工艺台提高了-定的零件刚度，但前批精加工该顶面及工艺台基准后零件变形，导致用平口虎钳装夹工艺台进行后续加工时，发现8处工艺台不在- 个平面上，最大定位间隙误差n 15 InlTl，严重影响加工精度。

另外用该工艺台定位加工其他尺寸，存在定位基准与尺寸基准不统-的问题，也会增大尺寸的加工误差。

为了减小定位误差，制定了定位方案。新方案采用工艺台、顶面支撑，零件中心 2-D320 孔定位，相对原定位方案没有用工艺台定位，直接用顶面支撑 ，易于保证高度尺寸及相关的对称度公差，定位精度高。

根据该定位方案制做了-套专用工装，见图 2。该工装以5块独立的基板为支撑基准平面，该基板平面度≤0.02 mm。当加工外形及底面时，工件采用工艺台及顶面支撑，2个定位销与基板上的两个 D32孔定位，压板 C压紧。加工后调整压板，先用 4个压板 B压紧工件，然后去掉定位 销、压 板 C，就可 以精 加 工 中部 通 槽 及 中 心孑L 2-D36 。

另外使用该工装时要注意以下几点：1)装夹时要注意装夹力不可过大，防止将零件变形。

2)压板着力点要有稳定的支撑，如底面、工艺台及辅助支撑。

3)装夹零件时要注意不要纠正零件本身的变形，必要时采用杠杆表打表 ，辅助支撑进行调节。

通过加工验证 ，该专用工装，在现场使用中方便快捷 ，定位可靠，不仅适用于横梁精加工工序的批量加工，也适· 48 ·l-定位销；2-压板 A；3-压板 B；4-压板 C；5-辅助支撑；6-基板；7零件图 2 专用工装设计用于粗加工、半精加工工序。

2.2 确定精加工工艺路线∝制零件变形a)精加工顶面顶面的精加工是保证横梁后续精加工尺寸的-个重要环节 ，加工必须保证平面度≤0.02 mm，见图3。

图3 精加工顶面该平面是横梁底面大部分精加工尺寸的定位基准，如果该平面度超差，零件两侧会翘起 ，用压板压紧后 ，必然会造成零件变形，加工精度无法保证 。另外该平面也是横梁底面尺寸的-个测量的定位基准，测量时零件平放在测量平台上 ，呈自由状态，该定位面的平面度超差也会成倍的反映在底面平面度上。该工序必须减少各种刀具参数下的切削热及切削振动对工件变形的影响。最终工艺方案采用 d16的硬质合金立铣刀，S4 000 r/rain，F1 000 ra/min，切削速度达 200 m/min，此时加工效果较好，平面度满足工艺要求。另外，加工后要求在测量平台上检测加工效果，必须保证平面度 ≤0.02 mm，如果平面度超差，要求重新装夹修整平面，保证平面度≤0.02 mm。

b)精加工底面精加工底面时，零件虽然采用专用工装定位，但零件整体刚性仍然较差。最初加工时，选用 d25的铣刀加工。

在加工两侧悬翼及 16 台阶时，常发生啃刀现象，分析是刀具与工件常发生共振，因此宜选用较小直径刀具；此外底面及通槽大面积的切削时，加工变形也很大，造成通槽尺寸超差，也宜选用较小直径刀具。

由于加工面较多，通过试切加工最终采用 了 3种刀具，底面台阶处采用 d16硬质合金立铣刀，避免了共振现象的产生，加工表面的纹路较小，满足要求；通槽及底面采用 d18的刀具加工效率高，且加工变形能控制在很小的范围内，为保证之后孔系的相关尺寸加工提供了基矗c)底面、顶面孔系的精加工http：fZZHD.chinajourna1.net.cn E-mail：ZZHD###chainajourna1.net.cn《机械制造与自动化》· 机械制造 · 王凯，等 ·铝合金复杂薄壁件加工工艺优化为防止加工变形影响，安排在零件外表 面(包括斜面)全部精加工之后再进行加工。装夹时采用沉头形式的定位销 ，中部通孔用来安装螺栓，并用了-个小压板，见图4。这样使用后压紧力及压紧面大大减小 ，即使零件定位面不平 ，也能将压紧造成的变形减小到最小程度。

1-零件；2-定位销；3-小压板；4-螺母；5-螺栓；6-基板图4 底面孔系加工时顶面定位压紧方式3 工艺优化效果通过本次工艺优化，改进了装夹定位方式，并制定了具体的防变形加工工艺路线，通过多批产品加工品质-直很稳定。该工艺方案相比类似薄壁复杂件常采用高速加工的方提出了普通数控铣加工的详细解决方案，降低了工艺难度，对于类似薄壁复杂零件的加工也具有参考意义。