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大、中型薄壁箱体类零件的加工探索
Jun 27, 2013  来源:  作者:许昌烟草机械有限公司 李军超

      大、中型薄壁箱体类零件以其加工难度大、质量不易控制,在机械加工中占有显著的位置。而且大、中型薄壁箱体类零件通常作为整个机械产品的装配基础,因此此类零件的加工质量不仅仅影响单个零件的运行质量还直接影响到整个机械系统的运行稳定性,对整个产品系统中具有举足轻重的作用,所以大、中型薄壁箱体类零件在零件加工中占有突出位置。通过多年来的加工实践,我对如何提高该类零件的加工精度有了一定程度的认识:

 

1 大、中型薄壁箱体类零件结构特点

 

     1.1 零件相对壁厚较薄

 

     如图一、二,大多壁厚只有1015mm1.2 大多零件在半封闭内腔中有需加工面如图三、四,两种零件的行腔需要加工的内部搭平面。

 

2 大、中型薄壁箱体类零件加工难点

 

     零件结构是制约零件加工的主要决定因素。由于该类零件的结构特点导致了该类零件具有以下加工难点:

 

     由于该类零件有以上的结构特点直接导致了以下加工难点:

 

     零件装夹难度较大尤其零件为铝质时,装夹不当常常引起零件变形导致零件尺寸精度超标。由于零件壁厚较薄,加工中极易发生振动导致零件加工表面粗糙度超标甚至出现扎刀现象。需要熟练使用多种机床附件,要求加工人员有加工的综合素质。安排合理的加工步骤难度较大,要求加工人员有较丰富的实际加工经验。

 

3 解决该类零件加工的方法

 

     3.1 零件装夹一般规律

 

     零件的形状各异,针对不同零件采用的装夹方法不同。针对大、中型薄壁箱体类零件的结构特点,装夹方法有以下特点:

 

     装夹位置一般要压制在零件的筋部,因为零件筋部的物理强度最大,装夹不易引起零件变形可以有效避免零件装夹变形或加工过程中零件发振现象。条件允许还可以在压板于零件之间增加垫块,以增加接触面积,减少单位面积的压力在压紧零件的同时避免零件装夹变形。

如图五。

 

     由于该类零件外形尺寸加大,高度方向一般会达到1m1.5m。一般机床上的采用支撑千斤在用于该类零件顶部装夹时稳定性较差使用时零件易发振。因此在装夹该零件时要采用平铁一类横截面较大的支撑物代替千斤,增强装夹的稳定性。如图六。

 

     铣削精加工时,不再在零件顶部压制压板。由于大、中型薄壁箱体类零件自身质量较大和铣削精加工切削力一般较小的缘故,铣削精加工时零件在自身重量或者在顶部适当增加压制物的情况下就可保证加工中的稳定性。如图七。采用这样的装夹方法可以最大限度的降低零件在加工过程中的形变量。

 

 

     3.2 解决零件

 

      发振一般规律在加工过程中注意及时松、紧压板,释放应力。一般粗加工时每铣削一到两层,松、紧压板一次。防止加工后零件因为应力释放,造成零件产生形变破坏零件最终加工尺寸。

 

     粗加工中多采用低转速、大切深(切深24mm)、大进给(每齿0.150.25mm)的切削参数和不均匀装夹刀片的刀片装夹方式,这样可以有效避免零件发振现象。

 

     精加工时最后光刀量应控制在0.05-0.10mm,表面粗糙度要求较高时可以减少刀片装夹数目,一般采用23 个。另外在铣削铝质材料零件时一般采用装夹一个金刚石刀片加23个普通刀片混合的装夹刀片方式,这样既可以提高普通镀层刀片的耐用度又可以提高铣削后零件的表面粗糙度。

 

      在加工材质为HT250 零件时如果表面粗糙度要求在Ra1.6 以上利用加工铸铁材质刀片较难完成加工,可以利用加工铝质材料刀片较加工铸铁刀片锋利的特点,在最后光刀时使用加工铝质材料的刀片。这样可以获得较好的表面粗糙度。

 

     3.3 加工中机床附件和自制刀具的使用

 

     由于大、中型薄壁箱体类零件大多需要加工内腔面,常常需要使用机床附件和自制刀具。

 

如图八、九。

 

     在使用机床附件,如侧铣头时应注意零件干涉问题防止发生碰撞事故。而在使用自制刀具时要注意查阅机床使用说明数和相关的其他说明,防止因为使用功率超过部件额定功率发生危险。如在使用图九中的自制扁担刀时,要综合考虑机床主轴输出功率、侧铣头额定输出功率、加工材料物理性能等因素。

 

     3.4 加工过程中加工工步的选择

 

     大、中型薄壁箱体类零件加工工步的安排一般遵循以下规律:

 

     1)有利于应力释放的原则

 

     在加工ZJ19 卷结机组主关件YJ19.2.1.1-1(刀头主传动齿轮箱)时,其上的方框为应力释放的关键部位。因此在加工尺寸53+0.02/-0.02)下面时,如果先铣削平面再铣削方框(如图十)后常常引起该面和底面的局部变形(底面变形后平面度达到0.13)。因此再此应采用先铣槽,后铣面的方法,这样可以保证铣方框后应力获得有效释放,不会影响最终加工精度。实际加工发现零件的变形量保证了53+0.02/-0.02mm的尺寸精度和与底面垂直度0.06 的形位精度,同时使加工后底面的平面度保证在0.05 以内。

 

     2)刚性最好原则

 

      在加工大、中型薄壁箱体类零件中,由于零件机械强度一般较弱所以在加工过程中,除保证有利于应力释放的原则以外还要遵循刚性最好原则。如图十一,所示该处加强筋在铸造过程过程中可以降低零件变形量,再加工中可以起到加强零件物理强度的作用。通常在铣削内框时一并将加强筋铣去。可实施中发现铣去该加强筋后铣削其他面时零件结构强度明显下降,加工时发振严重,几何精度得不到有效保证。最后我们改变以前先铣去加强筋后加工面的工步设置,采用加工后利用钳工手锯锯掉加强筋的方法,避免了铣削发振引起的零件变形。

 

      总之,由于大、中型薄壁箱体类零件的加工较为复杂,正如岳飞所说“兵无常式,阵无常形,运用之妙,存乎一心”,以上经验仅仅提供了一些可供借鉴的一般规律,加工过程中应综合考虑各种因素才能保证零件顺利完成。

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