糖心影视精（jīng）密：解（jiě）決薄壁鋁合金殼體零件加工的振顫、變形（xíng）問題

編者按
結合具體加（jiā）工（gōng）實例介紹了一種薄壁鋁合（hé）金殼體加工方案，通過合理的工藝安排，特殊工裝夾（jiá）具的設計，完（wán）美解決了零件加工過程（chéng）中的振顫、變形問題，具有很強的操作性和指導性，同時為類似零件的加工提供了借鑒依據。
1  序言
薄壁鋁合金殼體零件在機械領域應用非常廣（guǎng）泛，但此類（lèi）零件（jiàn）結構形狀特殊，在（zài）切削加工過程中由於其剛性差、強度弱，故（gù）極易產生振動和（hé）變形[1]，很難保證零件的加（jiā）工質量，因（yīn）此薄（báo）壁（bì）鋁合金殼體零件的加工一直是機械加（jiā）工（gōng）領域的難題。本文以（yǐ）一種腰鼓形薄壁鋁合金（jīn）殼體加工為例，通過工藝方案（àn）確定、工裝夾具設計及應用，介紹（shào）一種解決異形（xíng）薄壁殼（ké）體類零件的加工方（fāng）法。
2  零件結構分析
腰（yāo）鼓形薄壁鋁合金殼體如圖1所示，材質為鋁合金2A12，毛坯為φ500mm×520mm的圓柱實心體，固（gù）溶T4狀（zhuàng）態，零件結構（gòu）中間為腰鼓形曲麵，兩端端麵法（fǎ）蘭結構，零件最大外徑480mm，兩端口部分別有φ296mm和φ314mm的止口，端麵上均分布（bù）有孔係，中（zhōng）間腰鼓形部（bù）位壁厚僅為2mm，零件尺寸要求IT6級精度，外形輪廓度0.1mm，表麵粗糙度值Ra＝1.6μm。分析其加工難（nán）點：①毛坯去除量大，容易使工件產生應力變形。②工件壁厚僅有2mm，整體結構剛性差、強度弱（ruò），切削過程中極易產生振顫及變形問題。③工（gōng）件屬於異形結構，兩端法（fǎ）蘭厚度隻有18mm，且中間部位強度差，在工件（jiàn）的軸向或者徑向上（shàng）施加夾緊力都會造成零件變形（xíng），因此如何裝夾是問題。[2]針對上述分析，加工該零件的重點是在工藝方案上必須充分考慮應力釋放、裝夾方式上避免裝夾變形以及加強工件的剛性等。
圖片
a）三維圖
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b）二維圖
圖1　腰鼓（gǔ）形薄壁鋁合金殼體
3  加工方案確定
3.1製定（dìng）加工工藝方案
  製定的加工工藝方案[3]具體如下。　
1）加工分為粗加工、半精加工和精加工三個階段。粗加工階段在保證殼體有足夠強度的（de）前提下去除大（dà）部分餘量；半精加工階段將兩端（duān）法蘭以及內形加工基本成形且留有少（shǎo）許餘量，端麵（miàn）孔係加工完（wán）成；精加工分兩步加工（gōng）關鍵部位，第一步加工兩端法蘭以及內形至工（gōng）藝尺寸，第二步加工全部（bù）外形至工藝尺（chǐ）寸。
2）在粗加工、半精加工後精加工之前安排（pái）去應力時（shí）效處理，去除（chú）零件加工過程中產生的內應力，減小應力變形，以（yǐ）保證尺（chǐ）寸及幾何精度。
3.2夾具設計（jì）
夾具設計是該零（líng）件加工的重點，為保證零件各項尺寸及幾何（hé）要求，加強零件剛性，該夾具必須同時具備裝夾、定位以（yǐ）及支撐作用，設計夾具（jù）如（rú）圖2所示，該夾具包括筒體（內徑為210mm）、A支（zhī）撐（chēng）盤、B支撐盤、可調支撐（chēng）柱（zhù）、橡膠保護帽、開口楔環、壓緊螺母等（děng）部件[4,5]。筒體的一端設置夾緊端頭，中（zhōng）間柱麵陣（zhèn）列有交叉設置（zhì）的螺紋孔，另一端設置有滑動部位及螺紋（wén）；A支撐盤內止口與筒體夾緊端頭小間（jiān）隙（xì）配合並用螺釘固定；可調支撐柱上裝（zhuāng）鎖緊螺母並一同置（zhì）於筒體中部柱麵上的螺紋孔內，將橡膠保護帽套入可調支撐柱的（de）另一端；B支撐盤的內錐孔與開口楔環的外錐麵配合並同時套入筒體的滑（huá）動部位；在A支撐盤與B支撐盤之間形成裝夾零件的工位；壓緊螺母置於筒體的（de）螺紋上並（bìng）壓緊開口楔環使其楔入B支撐盤與筒體滑動部位之間，使得B支撐盤與筒體滑動部位緊密聯接；橡膠保護帽既能起到支撐作用，又能起到減振（zhèn）和保護工件表麵的作用。
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圖2　夾具
1、3—M12螺釘　2—A支撐盤　4—筒體　5—橡膠保護帽　6—可調支撐柱　
7—B支撐（chēng）盤　8—M6螺釘　9－開口楔環（huán）　10－壓緊螺母
4  具體實（shí）施（shī）方式
1）首先對工件毛坯進行粗加工，保證形狀（zhuàng）與零件相似（sì），各尺寸留3mm餘量，加工完成後壁厚8mm。
2）進（jìn）行一次時效熱處理，充分釋放（fàng）工件內應力。
3）半精加工兩端法蘭以及內形基本成形且留有1mm餘量，端麵（miàn）孔係加工完成（chéng）。
4）再進行一次時效熱處理，充分釋放工件內應（yīng）力。
5）精加工工件的內形和兩端至工藝尺寸（cùn）要求，加（jiā）工完成時工（gōng）件壁厚為5mm。
6）采用設（shè）計（jì）好的（de）工裝夾（jiá）具進（jìn）行（háng）零件的全部外形加工，先將零件裝在夾具上，如圖3所示，將A支撐盤套入筒體，使其內止口與筒體夾緊端頭配合並用M12螺釘（dìng）固定（夾具左端壓板和工件的聯接見圖4），可（kě）調支撐柱上裝鎖（suǒ）緊螺母並置於筒體中部（bù）柱麵上的螺紋孔內，初始（shǐ）狀態先將可調支撐柱全部退回筒體內腔，確保工件能順利裝入，將橡膠保護帽套入可調（diào）支撐柱的另一端（duān），工件從筒體（tǐ）右端裝入，使其小端法蘭麵（miàn）止口與A支撐盤上的止口配合，並通過M6螺釘3聯接；從筒體右端（duān）裝入B支（zhī）撐盤，使B支撐盤上的止口與零件（jiàn）大端法蘭止口配（pèi）合，通過M6螺釘10聯接，裝入開口楔環，使開口楔環的外錐麵（miàn）與B支撐盤的內錐孔接觸（chù），裝入壓緊螺母壓緊開口楔環，使得開口楔環楔入B支撐盤與筒體之間，確保B支撐盤與筒體滑動部位緊密聯接（夾具（jù）右端壓板（bǎn）和工件的聯接見圖5），從筒體內腔（qiāng）調節可調支撐柱（圓柱扳手插入可調支撐柱的孔裏按順時針方向擰），從裏到外分層逐個將可調支撐柱調節至橡膠保護帽頂住工件內壁，緊固力應均勻、可靠，既要（yào）保證（zhèng）橡膠保護（hù）帽對工件內壁有支撐力，又不能把工件頂變形（如果（guǒ）掌握不好（hǎo）力（lì）度，可在調（diào）節支撐（chēng）柱時壓表觀察），可調支撐柱調整好後用鎖緊螺母鎖死。把（bǎ）裝好工（gōng）件的（de）夾具左端裝在機床卡盤上，機床尾座頂盤頂住夾具右端，加工零件至最（zuì）終（zhōng）尺寸。
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圖（tú）3　零件裝在夾具上
1—筒體　2—A支撐（chēng）盤　3、10—M6螺釘　4—M12螺釘（dìng）　5—工件　6—橡膠保護帽　
7—可調支撐柱　8—鎖緊螺母　9—B支撐盤　11—開口楔環　12—壓緊螺母
圖4　夾具左端壓板（bǎn）和工件的聯接
圖（tú）5　夾具右端（duān）壓板和工件的聯接
5  結束語
本文結（jié）合具體加工實例介紹了一種薄（báo）壁鋁合金殼體加工方（fāng）案，重點介紹了一種能夠同時實現裝夾、定位以及支撐作用的工裝夾具設（shè）計方法，完美解決（jué）了（le）零件加工（gōng）過（guò）程中的振顫、變形問題，此加工方案保證了（le）加工零件的尺寸、形位以及表麵等各項工藝要求，具有很強的操作性和指導性，同時為類似零件的加工提（tí）供了解決方案和加工經（jīng）驗。
參考文（wén）獻：
[1] 王延波. 關於鋁合金薄壁零件的機械加工工藝研究[J]. 電子製作，2016（14）：50.
[2] 楊繼紅，楊小軍，於魯萍. 2A12合金薄壁零（líng）件機械加工方法探討[J]. 科技創新導報，2014，11（33）：10-11.
[3] 孫（sūn）樹珍，韓（hán）嘯. 薄壁零件（jiàn）加工變形的分析[J]. 太原重型機械學院學（xué）報，2002（S1）：57-58.
[4] 孫友明. 低剛度工件機加工的定位、夾緊形式（shì）[J]. 中國慣性技術學報，1994（3）：5.
[5] 夏慶宏（hóng），張茜. 零件加工中的機床夾具設計作用[J].科技資訊，2017，15（17）：101+103.
本文（wén）發（fā）表於《金屬加工（冷加工）》2022年第12期第48~50頁，作（zuò）者：山西平（píng）陽重工機械有限責任公司　王（wáng）永軍，畢永傑（jié），原標（biāo）題：《薄壁鋁合金殼體零件加工方法探究》。