導(dǎo)語(yǔ)：薄壁框體零件加工工藝分析一文來(lái)源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要：薄壁框體零件形狀復(fù)雜、精度要求較高，其加工工藝和裝夾方式直接影響零件生產(chǎn)的質(zhì)量及效率。通過對(duì)薄壁框體零件加工難度的分析、加工工藝的制定、專用夾具的設(shè)計(jì)及銑削加工時(shí)應(yīng)注意的問題進(jìn)行研究，解決了薄壁框體零件加工易變形、定位及裝夾難等問題，保證了零件加工質(zhì)量，提高了生產(chǎn)效率。

關(guān)鍵詞：薄壁框體零件；加工變形；裝夾；定位；專用夾具

薄壁框體類零件因其質(zhì)量輕、結(jié)構(gòu)緊湊、易裝配等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于各領(lǐng)域中。但薄壁框體類零件通常因其形狀復(fù)雜、精度要求高，在加工中易出現(xiàn)塑性變形及裝夾變形等問題，降低了零件的尺寸精度、位置精度，造成表面粗糙度值較大、產(chǎn)品品質(zhì)差等現(xiàn)象，因此薄壁框體類零件加工是數(shù)控銑加工中的難題之一。薄壁框體類零件加工的技術(shù)難點(diǎn)是如何最大程度地控制零件在裝夾過程和加工過程中的變形，以下通過對(duì)薄壁框體零件的加工實(shí)例進(jìn)行分析，制定加工工藝和設(shè)計(jì)專用夾具以控制和解決薄壁框體零件切削加工易變形、定位及裝夾難的問題。

1零件特點(diǎn)及加工難點(diǎn)分析

1.1零件特點(diǎn)。A6061鋁質(zhì)夾板框架如圖1所示，為薄壁框體類零件，是固定某款手機(jī)電池夾具中的零部件，每套固定夾具由4個(gè)零件組成，裝配后才能固定電池。該框架為夾具的零件之一，對(duì)其平行度、平面度、尺寸精度要求較高，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：①最大外形尺寸為98mm×40.5mm×5mm，基本厚度為3mm，中間切開一個(gè)凸形缺口，非對(duì)稱零件，外形較復(fù)雜；②零件正面有厚度為10mm的凸臺(tái)，反面有厚度為2mm的加強(qiáng)筋，正反兩面不對(duì)稱，形狀、結(jié)構(gòu)均不同，需兩面分別加工；③零件上有多個(gè)小通孔，加工時(shí)要注意保證其位置度；④零件整體外形為“C”形，中間連接處有2mm厚的加強(qiáng)筋（40mm×4.5mm×3mm），在夾緊力、刀具切削力的雙重作用下易出現(xiàn)切削震顫引起加工變形；⑤零件側(cè)面有孔，需再次裝夾加工。（a）正面（b）反面（c）二維結(jié)構(gòu)圖1零件1.2零件加工難度分析。根據(jù)加工常用設(shè)備及該零件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，可使用普通銑床、數(shù)控銑床及線切割機(jī)進(jìn)行加工。該零件為鋁制品，線切割加工慢、效率低，且易燒壞導(dǎo)電塊、易斷絲，故在制定加工工藝時(shí)采用普通銑床和數(shù)控銑床進(jìn)行銑削加工。零件在銑削加工時(shí)出現(xiàn)的難點(diǎn)如下。（1）加工中零件的變形。刀具在切削材料的過程中會(huì)產(chǎn)生切削力和切削熱，二者共同作用下易造成零件的塑性變形。薄壁類零件有可能因裝夾不當(dāng)，在切削力的作用下出現(xiàn)切削震顫現(xiàn)象導(dǎo)致零件加工變形。（2）零件加工裝夾困難。零件的裝夾工藝是影響薄壁零件制造的首要因素。裝夾位置、夾緊力大小、裝夾方案的選取不當(dāng)都會(huì)導(dǎo)致薄壁零件變形，如直接將毛坯裝夾在虎鉗上加工，為保證零件在加工過程中不松動(dòng)，夾緊力與切削力應(yīng)同步增大，且夾緊力應(yīng)略大于切削力，但這樣裝夾加工后的零件拆卸后已發(fā)生較大變形，零件的平面度、平行度、尺寸精度等都會(huì)發(fā)生變化，且變形量的大小會(huì)因夾緊力的不同而改變，直接影響加工的精度。若為了滿足零件加工拆卸后變形量小而在裝夾時(shí)將夾緊力設(shè)置過小，又可能發(fā)生夾緊力不夠?qū)е铝慵诩庸ぶ幸莆唬踔量赡馨l(fā)生零件松脫飛出的事故。（3）零件加工再次裝夾及定位難。該零件正反面結(jié)構(gòu)和形狀不同，無(wú)論先加工正面還是反面，都需考慮再次裝夾的定位問題。常規(guī)的裝夾可能會(huì)使零件表面產(chǎn)生壓痕及其尺寸發(fā)生變化，且零件的再次裝夾重新定位較費(fèi)時(shí)，容易產(chǎn)生定位誤差，影響加工精度。（4）此零件屬于裝配類加工零件，形位公差、精度、表面粗糙度要求比較高。（5）該薄壁框體類零件基本厚度僅為3mm，零件有3處缺口，最大處缺口達(dá)63mm，加工中易發(fā)生變形，若正面加工時(shí)直接銑削全部外形將面臨反面加工時(shí)難定位、難裝夾的問題；如為解決裝夾難的問題，正面加工時(shí)只銑削外形，深度未銑到位，則會(huì)因定位誤差及正反面接刀的現(xiàn)象影響零件的配合度及外觀。（6）該零件形狀不規(guī)則，在加工過程中容易受力不均導(dǎo)致加工誤差較大，嚴(yán)重的還會(huì)導(dǎo)致零件變形。

2控制加工變形解決方案

2.1加工工藝方案的制定。為克服該薄壁框體零件加工中的難點(diǎn)，根據(jù)其裝配要求，可選擇以下2個(gè)方案進(jìn)行加工。（1）方案一。①加工零件反面：將毛坯固定在普通銑床上銑削平面，在銑好的面上鉆3個(gè)通孔（通孔位置應(yīng)避開零件外形）；②制作簡(jiǎn)單夾具：提前準(zhǔn)備1條條形鋼板，根據(jù)前一步驟中3個(gè)通孔的位置鉆好3個(gè)孔，此裝置作為下一步驟的簡(jiǎn)易夾具；③加工零件正面：采用3個(gè)內(nèi)六角螺釘將零件固定在前一步驟準(zhǔn)備好的夾具上，通過數(shù)控銑床加工正面及外形輪廓；加工外形時(shí)不能將中間凸字形缺口處全部銑削，需留出4處薄片（反面加工后薄片厚度達(dá)0.5mm左右）及中間連接桿用于零件固定及定位，以解決反面加工時(shí)零件的裝夾定位問題，如圖2所示，這種加工方式既能在正面加工時(shí)將零件外形一次加工到位，又保證了零件加工時(shí)的剛性，還能解決反面加工時(shí)裝夾位置及裝夾力對(duì)零件加工中造成的變形及表面質(zhì)量的影響；④為保證零件上多個(gè)小通孔之間及其與零件外形之間的位置度，加工零件正面時(shí)將孔與外形在同一道工序完成；⑤制造專用夾具：為解決因零件裝夾不當(dāng)而引起零件變形的問題，正面加工完成后需設(shè)計(jì)制造專用夾具，用于裝夾定位零件進(jìn)行反面加工，采用專業(yè)夾具（見圖2）不僅能有效固定零件、快速精準(zhǔn)定位，使裝夾加工簡(jiǎn)單方便、穩(wěn)定可靠，還可以節(jié)省零件裝夾找正及數(shù)控銑床對(duì)刀的時(shí)間，提高生產(chǎn)效率；⑥再次加工零件反面：采用3個(gè)內(nèi)六角螺釘將零件固定在專用夾具上，通過數(shù)控銑床加工反面，銑出加強(qiáng)筋的結(jié)構(gòu)；⑦加工凸臺(tái)上的側(cè)孔：完成上個(gè)步驟后使用夾具定位鉆2個(gè)直徑ϕ2mm的側(cè)孔，可使用普通鉆床或普通銑床加工，不占用數(shù)控設(shè)備加工；⑧最后去除4處0.5mm厚的工藝連接薄片、中間連接桿及螺釘緊固臺(tái)，修整工藝連接處。（2）方案二。①加工零件正面：直接在數(shù)控銑床上裝夾毛坯件，加工正面及外形輪廓，并在銑好的面上鉆3個(gè)通孔（通孔位置應(yīng)避開零件外形），加工正面時(shí)的注意事項(xiàng)與“方案一”相同，即加工外形時(shí)不能將中間凸字形缺口處全部銑削，需留出4處薄片及中間連接桿用于零件固定及定位；②以下各步驟同“方案一”中步驟④~⑧。2.2方案對(duì)比選擇。以上2種方案的區(qū)別只在前3個(gè)步驟，涉及正面及外形輪廓的銑削工藝過程，其他步驟相同，其對(duì)比如下。方案一：前2次裝夾。第1次直接裝夾在普通銑床上對(duì)零件反面進(jìn)行銑削，銑削后的平面將作為下一道工序正面加工的基準(zhǔn)面；第2次裝夾在自制的簡(jiǎn)易夾具上，用數(shù)控銑床對(duì)零件正面及外形輪廓進(jìn)行加工及鉆孔。方案二：前面只有1次裝夾。直接將零件裝夾在數(shù)控銑床上銑削加工其正面及外形輪廓。對(duì)比2個(gè)方案發(fā)現(xiàn)，方案二比方案一拆卸次數(shù)少，一次裝夾即可直接銑削正面及外形輪廓，省工省時(shí)，但采用方案二加工正面時(shí)需預(yù)留5mm裝夾量，該零件基本厚度為3mm，總厚度為12mm，毛坯件的厚度最少應(yīng)為17mm；而采用方案一加工，則不需預(yù)留5mm的裝夾量，節(jié)省材料，批量生產(chǎn)時(shí)還可在步驟二制作簡(jiǎn)易夾具時(shí)按批量制作。綜上所述，如小批量加工該零件可采用方案二的工藝過程，優(yōu)點(diǎn)是裝夾方便，缺點(diǎn)是浪費(fèi)材料，加工量大；如批量生產(chǎn)應(yīng)采用方案一的工藝過程，優(yōu)點(diǎn)是節(jié)省材料，缺點(diǎn)是多了一道面需數(shù)控銑及裝夾，略為耗時(shí)。2.3專用夾具的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。為避免零件加工過程中因裝夾不當(dāng)產(chǎn)生變形，影響零件加工外形及精度，在加工零件反面時(shí)需設(shè)計(jì)1套專用夾具，使零件裝夾定位簡(jiǎn)單、快速、準(zhǔn)確。專用夾具力求結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制作方便，有一定的通用性，能達(dá)到加工零件的質(zhì)量要求，可供批量生產(chǎn)使用以提高加工效率。該薄壁框體零件材料為6061鋁合金，材質(zhì)較軟，選擇國(guó)標(biāo)黃銅為材料制作該專用夾具，其設(shè)計(jì)應(yīng)滿足以下要求。（1）能利用已加工好的正面對(duì)零件進(jìn)行快速精準(zhǔn)定位。（2）采用螺釘緊固的方式，對(duì)加工零件施加向下的拉力壓緊定位，避免了薄壁零件側(cè)向受力導(dǎo)致加工過程中發(fā)生變形或切削震顫的現(xiàn)象。（3）該零件較小，批量加工時(shí)應(yīng)滿足一次裝夾多個(gè)零件的條件，降低操作者的勞動(dòng)強(qiáng)度，縮短反復(fù)換刀及對(duì)刀的輔助時(shí)間。（4）夾具結(jié)構(gòu)應(yīng)簡(jiǎn)單可靠、制作方便、快捷，盡量降低加工成本。由于正面加工完成后產(chǎn)生了2個(gè)凸臺(tái)，在設(shè)計(jì)反面加工裝夾夾具結(jié)構(gòu)時(shí)要對(duì)其進(jìn)行避空處理；外形輪廓中各處過渡的圓弧角也要進(jìn)行避空，防止定位裝夾時(shí)發(fā)生干涉；夾具與零件定位邊倒角C0.3mm，用作裝夾零件導(dǎo)向，同時(shí)避免刮傷。專用夾具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖3所示，夾具成品如圖4所示。經(jīng)過幾批零件多次加工實(shí)踐，最終通過三坐標(biāo)的檢測(cè)確定，采用以上加工工藝及專用夾具加工的零件平面度、平行度、尺寸精度均能達(dá)到圖紙要求，加工的表面質(zhì)量好，未產(chǎn)生加工變形及切削震紋。2.4刀具選擇。零件材質(zhì)為6061鋁合金，冷處理鋁鍛造產(chǎn)品耐腐蝕性強(qiáng)、抗擠壓能力強(qiáng)、塑性好、熔點(diǎn)低，但鋁合金材料在銑削加工時(shí)粘刀問題嚴(yán)重，易產(chǎn)生積屑瘤。銑削過程中積屑瘤的產(chǎn)生會(huì)導(dǎo)致切削層厚度增加，影響零件尺寸精度；積屑瘤不斷長(zhǎng)大和脫落會(huì)加快刀具磨損，導(dǎo)致刀具切削刃鈍化、加工表面質(zhì)量降低等不良影響，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)霈F(xiàn)銑削斷刀現(xiàn)象。因此在銑削鋁合金時(shí)應(yīng)盡量選擇減少積屑瘤形成的刀具，利用高速加工提高加工零件的尺寸精度及生產(chǎn)效率，降低表面粗糙度。綜上所述，加工該零件的刀具硬度要求不高，可選用白鋼刀和硬質(zhì)合金刀。根據(jù)鋁合金銑削的加工特性可選擇三刃鋁用銑刀，YG類硬質(zhì)合金刀或加工鋁合金專用銑刀加工此零件，如DaElement品牌的3P系列、瑞士Fraisa的AL系列等，加工效果較好。該零件2個(gè)凸臺(tái)有C1、C2mm工藝倒角，對(duì)尺寸精度要求不高，可選用倒角刀銑削加工，提高生產(chǎn)效率。

3結(jié)束語(yǔ)

薄壁框體類零件在加工中易變形、難定位、難裝夾，其技術(shù)難點(diǎn)在于加工過程中的塑性變形及裝夾變形，零件加工變形是影響加工質(zhì)量和加工效率的重要因素，解決此類零件加工問題可以根據(jù)產(chǎn)品的裝配要求、尺寸要求及外觀質(zhì)量等因素增加零件加工過程中的輔助工藝結(jié)構(gòu)，針對(duì)類似零件的結(jié)構(gòu)和加工特點(diǎn)，可靈活設(shè)計(jì)一些小型夾具、輔具，滿足加工的定位及夾緊要求。通過加工工藝的調(diào)整及創(chuàng)新裝夾方式以達(dá)到控制與減少零件加工變形，保證加工質(zhì)量，有效提高了經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)：

[1]徐浩,童兆丹.機(jī)床夾具設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2003:398-406.

[2]朱耀祥,浦林祥.現(xiàn)代夾具設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2010:713-760.

[3]范有雄,朱勁松.數(shù)控銑削工藝編程與加工[M].北京:中國(guó)勞動(dòng)社會(huì)保障出版社,2014:75-104.

[4]韋江波.數(shù)控加工中心四軸專用平口鉗的設(shè)計(jì)研究[J].模具工業(yè),2018,44(5):66-68.

[5]文根保.吸氧呼氣面罩橡膠模主要零件加工工藝[J].模具工業(yè),2019,45(10):65-68.

作者:溫滬斌 單位:惠州市技師學(xué)院