針對典型薄壁環(huán)與支耳復合弱剛度構件在加工過程中易失穩(wěn)的問題,進行工藝分析與改進,通過工藝基準轉換控制、工件剛度遞減加工、剛度補強與阻尼吸振復合以及面積與剛度最大化裝夾等多項改進措施,實現(xiàn)了穩(wěn)態(tài)加工。
一、序言 典型弱薄壁環(huán)與雙側軸向強支耳復合結構如圖1所示。零件材質為執(zhí)行GJB 1951—94標準的30CrMnSiA鋼,調質硬度為30~35HRC。零件表面粗糙度值Ra=3.2μm,兩支耳對稱度0.05mm,底面垂直度0.05mm,加工要求較高。環(huán)體壁厚2mm,環(huán)壁過薄,剛度不足。零件主體為弱剛度結構,在機械加工尤其是加工環(huán)外壁、裝夾薄壁環(huán)等過程中易失穩(wěn)。 二、加工分析 采用通用機械加工技術[3-5]加工后的典型弱薄壁環(huán)與雙側軸向強支耳復合結構產品形貌如圖2所示,存在如下不足之處。1)雙側軸向支耳中部接刀痕跡明顯。雙側軸向支耳上、下部分別在銑削薄壁環(huán)外形、銑削雙側軸向支耳外形兩個工步中成形。由于兩工步工藝基準不重合,導致雙側軸向支耳中部出現(xiàn)明顯接刀痕跡。 2)薄壁環(huán)外形中部振紋明顯。環(huán)體中部壁厚為2mm,剛度明顯不足。在加工薄壁環(huán)外形時,中部易失穩(wěn),會產生明顯振紋。以上問題疊加后,綜合導致加工易失穩(wěn)問題成為了生產瓶頸。 三、工藝優(yōu)化 針對通用機械加工技術的缺陷,采取工藝基準“內孔-端面-外形”轉換控制、工件剛度漸次退減加工、剛度補強與阻尼吸振復合、面積及剛度最大化裝夾等復合加工措施,實現(xiàn)對弱薄壁環(huán)與雙側軸向強支耳復合結構進行穩(wěn)態(tài)加工的目的。基于以上技術分析及思路,工藝優(yōu)化后的加工流程[6-8]如圖3所示。 3.1 工藝基準精確轉換 (1)精車內形及端面 粗加工后,精車內圓及端面,形成工藝基準“內孔-端面”。 (2)銑削外形定位基準 具體步驟如下。 1)將工裝裝夾在平口鉗上(見圖4),工裝底面定位工件端面方向,工裝圓柱面定位工件內圓軸向方向,用百分表找正工裝底面,平面度≤0.01mm,緊固。2)將工件裝夾在工裝上(見圖5),工件端面、內孔貼緊工裝定位面,用壓板壓緊。 3)在工件外形上對稱加工出兩個相同的精銑定位臺階(見圖6),臺階高度20mm,使工藝基準由“內孔-端面”轉換至“外形”。 3.2 穩(wěn)態(tài)加工控制 (1)銑削薄壁環(huán)外形 具體步驟如下。 1)平口鉗裝夾工件的精銑定位臺階(見圖7)。 2)用聚四氟乙烯或尼龍墊圈嵌入工件內螺紋退刀槽內,用外螺紋胎具旋入工件內螺紋中,加強環(huán)體內腔剛度。 3)加工雙側支耳圓角、薄壁環(huán)外形(見圖8)。 (2)銑削雙側軸向支耳外形 具體步驟如下。 1)工件調頭,用外螺紋胎具(見圖9)旋入工件內螺紋中,加強環(huán)體內腔剛度。 2)用夾持塊體裝夾工件(見圖10),平口鉗夾緊。 3)精加工雙側軸向支耳外形(見圖11)。 (3)銑削雙側支耳外側臺階 具體步驟如下。 1)平口鉗夾緊裝夾工裝(見圖12)。2)裝夾工裝軸向壓緊工件薄壁環(huán)體(見圖13)。3)工件薄壁環(huán)內圓壓入脹環(huán),用尋邊器找正脹環(huán)內圓。4)加工完成雙側支耳外側、臺階、倒角和螺紋等結構。 四、加工過程 按照工藝優(yōu)化方案,具體的加工過程如下。 (1)銑削外形定位基準 外形定位基準銑削過程如圖14所示。 (2)銑削薄壁環(huán)外形 銑削后的薄壁環(huán)外形如圖15所示。 (3)銑削雙側軸向支耳外形 銑削后的雙側軸向支耳外形如圖16所示。 (4)銑削雙側支耳外側臺階 銑削后的雙側支耳外側臺階如圖17所示。 加工后的成品如圖18所示,檢測結果見表1,各參數均合格。 六、結束語 本文通過研究薄壁環(huán)與支耳復合弱剛度構件加工技術,分析通用機械加工技術的不足并采取工藝優(yōu)化措施,加工出合格的成品,為該類型零件的加工提供了方法和實用經驗,總結如下。 (1)工藝基準精確轉換方法 采用工藝基準“內孔-端面-外形”轉換控制方法,建立外形定位基準,實現(xiàn)工藝基準轉換誤差最小化,消除雙側軸向支耳中部接刀痕跡缺陷,達到了工藝基準精確轉換的目的。 (2)穩(wěn)態(tài)加工控制工藝 采用工件剛度漸次退減加工方法,逐工步、逐走刀配合,依次遞減工件整體剛度,實現(xiàn)工件剛度整體匹配的目的,防止工件加工過程中局部失穩(wěn);采用剛度補強與阻尼吸振復合方法,增強薄壁環(huán)內圓剛度及中部阻尼吸振能力,為工件穩(wěn)態(tài)切削提供加工基礎;采用面積及剛度最大化裝夾方法,達到穩(wěn)固且無變形夾緊弱剛度體的目的,為工件穩(wěn)態(tài)切削提供裝夾條件。在這些措施的綜合作用下,實現(xiàn)了薄壁環(huán)與支耳復合弱剛度構件的穩(wěn)態(tài)加工控制,消除了薄壁環(huán)外形中部振紋缺陷。