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关于薄壁零件的铣削加工技术
Dec 12, 2012  来源:  作者:齐齐哈尔二机床有限责任公司 邢鹏鸾

      由于薄壁零件具有重量轻、强度高等诸多的优点,已在模具、航空航天等多个领域得到广泛的应用,但其薄壁零件的结构复杂、刚度相对较低、加工余量很大等特点,铣削加工中易产生变形和振动,使得加工的效率降低,加工精度低,达不到工件的质量要求,可见,工件变形和加工效率问题已成为影响薄壁零件加工中最主要的因素。

 

      1 薄壁零件铣削加工变形产生的原因

 

      薄壁零件铣削加工过程中引起变形的因素较多,与毛坯的材料、几何形状以及一些外界环境等有关。(1)毛坯件的初始残余应力。毛坯经热处理后,在冷却过程中产生的内应力,铣削后内应力重新分配产生变形。(2)刀具对工件的影响。铣削加工中,由于工件与刀具间的摩擦所做的功,绝大部分转变为切削热,导致工件各部位的温度分布不均,引起工件的变形。刀具的切削分力,零件弹性恢复后其表面产生不平度,引起壁厚加工误差的产生,同时,刀具的材料、磨损等因素也会不同程度的导致工件的变形。(3)工件的装夹方式。由于薄壁零件的自身特点,装夹后产生的弹性变形会影响零件表面的尺寸、位置、形状的精度,最终导致工件产生变形。(4)刀具下刀方式的影响。薄壁零件的加工,包括对腹板加工的垂直进刀和对侧壁加工的水平进刀两种进刀方式,而垂直进刀又分为直接垂直向下进刀、斜线轨迹进刀以及螺旋式轨迹进刀三种方式,分别用于键槽、端部的铣削,不同的进刀方式直接影响着零件的加工精度,因此,选择合适的下刀方式对于减小工件的变形是很重要的。

 

      2 薄壁零件的加工变形分析

 

      (1)薄壁件的变形特点。铣刀铣削薄壁表面AB时,需要铣出图中阴影部分的部分,然而在切削力的作用下,薄壁零件产生的弹性变形使得CD两点移动到图中的位置,为了简化其模型,可以假设铣刀的刚度远大于薄壁件的刚度,只铣削去了 那部分,还剩余一部分未被切除,导致了壁厚的加工误差。由于铣削薄壁零件的加工余量相对较小,使得铣削中薄壁件的刚度受废料切除的影响较小,因此,对于同一壁厚的薄壁件,切削力是影响其变形最主要的因素。(2)铣削的受力模型分析。通过薄壁件的变形特点的分析,以此为基础对铣削的受力模型进行分析,经前人长期的研究表明,每个单元的铣削力都可以分解为径向切削力和切向切削力两部分。

 

      3 薄壁零件铣削加工中刀具几何参数的选择

 

      (1)前角的选择不能太小,过小增大了切削力,加剧了前刀面的磨损,从而降低了刀具的使用寿命;但前角过大,由于刀具的散热体积较小,也会引起刀具的磨损,因此,要进行合理的选择,当薄壁件的强度较高时,可以适当的增大前角。(2)增大刀具后角的大小可以增强刀具的刚度,同时,为了减小刀具与工件的摩擦,后角也应选的大一些,另外提高了刀具的使用寿命。(3)刃倾角的大小影响着切屑的排出方式以及各切削力的分配比例,通常选用 ,低于这一范围,导致切屑附加变形的产生,进而会影响工件表面的加工精度。

 

      4 薄壁零件铣削加工铣削工艺参数的选择

 

      铣削薄壁零件中涉及到的铣削参数主要分为:轴向切深、径向切深、进给速度、切削速度、铣削方式以及冷却方式等,在满足零件表面加工精度,确保刀具使用寿命的前提下,精加工过程中应采用较小的轴向、径向切深和较小的进给量,切深和进给量确定后,选择合适的切削速度。

  

      (1)轴向切深和径向切深的选用。较大的径向切深可以有效的减小切削力,增强薄壁件的刚性,减少工件的铣削变形。在保证薄壁件切除率不变的前提下,应使用较大的轴向切深和较小的径向切深,有利于获得较好的加工表面质量。(2)进给量和进给速度的选择。在刀具转速一定的情况下,进给速度与进给量成正比,而进给量是齿数与每齿进给量的乘积,每齿进给量增大时,引起切削力的加大,不利于薄壁件的加工,然而较小的每齿进给量,使得切削时产生挤压,进而产生了大量的切削热,加速了刀具的磨损,因此,精加工中,应选择适量的进给量,粗加工中,应尽可能的增大进给量来提高加工的效率。(3)切削速度的选用。为提高刀具的使用寿命,应选用较低的切削速度,在增大铣刀的直径的前提下,有利于改善散热条件,可以适当的提高切削的速度。

 

      5 薄壁零件加工工艺优化

 

      刀具的加工路径,粗加工中所采取的工艺方法是采用高速的铣削、高的进给率以及小的铣削用量,粗加工中要尽量的保证刀具负荷的稳定性,以减少任何切削方向突然的变化,粗加工中一般采用顺铣的加工方式。粗加工过程中常用的加工刀具路径有2向等高线层切法、插铣刀具路径以及摆线刀具路径,选择不同的走刀路径,直接影响着工件的加工表面质量。由于精加工是形成工件最终加工表面的环节,因此,要确保刀具切削载荷的不变性,精加工的刀具路径中主要有笔式加工和余量加工两种。笔式加工属于半精加工,其作用是切除精加工中没法去除的尖角处的多余余量,为接下来的精加工做准备。余量加工用于切除一切精加工之前的所有余量,合理的加工方向有助于提高零件表面的加工精度。

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