藝（yì）匠精密：解決薄壁鋁合金殼體零件加（jiā）工的振顫（chàn）、變形問題

編者按
結合具體加工實例介紹（shào）了一種薄壁鋁合金殼（ké）體加工方案，通過合理的工藝安排，特殊工裝夾具的設計，完美解決了零件加工過程中的振顫、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（líng）件在機械領域應用非常廣泛，但此類零件結構形狀特（tè）殊，在切削加工過程中由於其剛性差、強度弱，故極（jí）易產生振動（dòng）和變形[1]，很難保證零件的加工質量，因此薄壁鋁合金殼體零件的加工一直（zhí）是機械加工領域的難題。本文以一種腰鼓形薄壁鋁合金殼體加工為例，通過工藝（yì）方案確定、工（gōng）裝夾具（jù）設計及應用，介紹一種解決異形薄壁殼體類零件的加工方法。
2  零件結構分析
腰鼓形薄壁鋁合金殼體如圖1所示，材（cái）質（zhì）為（wéi）鋁（lǚ）合金2A12，毛坯為φ500mm×520mm的圓柱實心體，固溶T4狀態，零件結構中間為腰鼓形曲麵，兩端端麵法蘭結（jié）構，零件最大外徑480mm，兩端口部分別有φ296mm和φ314mm的止口，端麵（miàn）上均分（fèn）布有孔係，中間腰鼓形部位壁厚僅為2mm，零件（jiàn）尺寸要求IT6級精度，外形輪廓度0.1mm，表麵粗糙度（dù）值Ra＝1.6μm。分析其（qí）加工難點：①毛坯去除量大，容易使工件產（chǎn）生應力變形。②工件壁厚僅有2mm，整體結構剛性差、強度弱，切削過程中極易產生振顫及變形問題。③工件屬於異形結（jié）構，兩端法（fǎ）蘭厚度隻有18mm，且中間部位強度差，在（zài）工件的軸向或者徑向上施加夾緊力都會造成零件（jiàn）變形，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（zài）工藝方案上必須充分考慮應力釋放、裝夾（jiá）方式上避（bì）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（tú）1　腰鼓形薄（báo）壁鋁合金殼（ké）體
3  加工（gōng）方案確定
3.1製定加工工藝方案
  製定（dìng）的（de）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前提下去除大部分餘量；半精加工階（jiē）段將兩端法蘭以及內形（xíng）加工基本成（chéng）形（xíng）且留（liú）有少許餘量，端麵孔係（xì）加工完成；精加工分兩步加工關鍵部位，第一步加工兩端法蘭以及內形至工藝尺寸，第二步（bù）加工全部外形至工藝尺寸。
2）在粗加工、半精加工後精加工之前安排去應力（lì）時效（xiào）處理，去除零（líng）件加工過程中產生的內應力，減小應力變形，以保證尺寸及幾何精（jīng）度。
3.2夾具設計（jì）
夾具設計是該零件加工的重點，為保證零（líng）件各項尺寸及幾何要求（qiú），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（zuò）用，設計夾具（jù）如圖2所示，該夾具包括筒體（內徑為210mm）、A支撐盤、B支撐盤、可（kě）調支（zhī）撐柱、橡膠保護帽、開口楔環（huán）、壓緊螺母等部件[4,5]。筒體的一端設置夾（jiá）緊端頭，中間柱麵陣列有交叉設置的螺紋孔，另一端設置有滑動部位及螺紋；A支撐盤內止口與筒體夾緊端頭小間隙配合並用螺釘固定；可調支撐柱上裝鎖（suǒ）緊螺（luó）母並一同置於筒體中部柱麵上的（de）螺紋孔內，將橡膠（jiāo）保護帽套（tào）入可調支撐柱的另一（yī）端；B支撐盤的內錐孔與開口楔環的外錐麵配合（hé）並同時套（tào）入筒體的（de）滑動部位；在A支撐盤與B支撐盤（pán）之間形成裝（zhuāng）夾零（líng）件的工位；壓緊螺母置（zhì）於筒體的（de）螺紋（wén）上並壓緊開口楔環（huán）使其楔入B支撐盤與筒體滑動部（bù）位之間，使得B支撐盤與筒體滑動部位緊密聯接；橡膠（jiāo）保護（hù）帽既能起到支（zhī）撐作用，又能起到減振和保護工（gōng）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支撐盤　8—M6螺釘　9－開口楔環　10－壓緊螺母
4  具體實施方式
1）首先對工件毛坯進行粗加工，保（bǎo）證形狀與零件相似，各尺寸留3mm餘（yú）量，加工（gōng）完成後壁厚8mm。
2）進行一次時效熱（rè）處理，充（chōng）分釋放工件（jiàn）內應力（lì）。
3）半精加工兩端法蘭以及內形基（jī）本成形且留有1mm餘（yú）量，端麵（miàn）孔係加工（gōng）完成。
4）再進行一次（cì）時效熱處理，充分釋（shì）放工件內應力。
5）精加工工件（jiàn）的（de）內形（xíng）和兩（liǎng）端至工藝尺寸要求，加（jiā）工（gōng）完成時工件壁厚為5mm。
6）采用設計好的工裝夾具進行零件的（de）全部外形加工，先將零件裝（zhuāng）在夾具上，如圖3所示，將A支撐盤套入筒體（tǐ），使其（qí）內止口與筒體夾緊端頭配合並用M12螺釘固定（夾具左端壓板和工件的聯接見圖4），可調支撐柱上裝鎖（suǒ）緊螺（luó）母並置於筒體中部柱麵上的螺紋孔（kǒng）內，初始狀態先將可調支撐柱全（quán）部（bù）退回筒體內腔，確（què）保工件（jiàn）能順利（lì）裝入，將橡膠保護（hù）帽套入可調支撐柱的另（lìng）一端，工件從筒體右端裝入，使其小端法蘭麵止口與A支撐盤上的止口配合，並通過M6螺釘3聯接（jiē）；從筒（tǒng）體右端（duān）裝入B支撐盤（pán），使B支撐盤上的（de）止口與零（líng）件大端法（fǎ）蘭止口配合，通過M6螺釘10聯接，裝入開口楔（xiē）環（huán），使開口楔環的外錐麵與B支撐盤的內錐孔接觸，裝入壓緊螺母（mǔ）壓緊開（kāi）口（kǒu）楔環，使得（dé）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（wèi）緊密聯接（夾具右端壓板和工（gōng）件的聯接見（jiàn）圖5），從筒體內腔調節可調支撐柱（圓柱扳手插（chā）入可調支撐（chēng）柱的孔裏按順時針方向擰），從裏（lǐ）到外分層逐個將可調支撐柱（zhù）調（diào）節至橡（xiàng）膠保護帽頂住工件內壁，緊固力應均勻、可靠，既要（yào）保證橡膠（jiāo）保護帽對工件內壁有支撐力，又不能把工件頂變（biàn）形（如果掌握不（bú）好力度，可在調節支撐柱時壓表觀察），可調支撐柱調整好後用鎖緊（jǐn）螺母鎖死。把裝好工（gōng）件的（de）夾具左端裝在機床（chuáng）卡盤上（shàng），機床尾座（zuò）頂盤頂住夾具右端，加工（gōng）零件至最終（zhōng）尺寸（cùn）。
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圖3　零件裝在夾（jiá）具上
1—筒體　2—A支（zhī）撐盤　3、10—M6螺釘　4—M12螺釘　5—工件　6—橡膠保（bǎo）護帽　
7—可調（diào）支撐柱　8—鎖緊（jǐn）螺母　9—B支撐盤　11—開口楔環　12—壓緊螺母
圖4　夾具左端壓板和工件（jiàn）的聯接
圖5　夾具右端壓板和工件的聯接
5  結束語
本文結合具體加工實例介紹（shào）了一種薄壁鋁（lǚ）合金殼體加工方案，重點介紹了一（yī）種能夠同時（shí）實現裝夾、定位以及支撐作（zuò）用的工裝夾具（jù）設（shè）計方法，完美解決了零件加工過（guò）程中的振顫、變形問題（tí），此加工方案保證了加工零件的尺寸、形位以及表麵等各項工藝（yì）要求（qiú），具有很強（qiáng）的操作性和指導性，同時為類似零件的（de）加工提供了解決方案和加工經驗。
參考文獻：
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[5] 夏慶宏，張茜. 零件加工中的（de）機床夾具設（shè）計作用[J].科（kē）技資訊，2017，15（17）：101+103.
本文發表於《金屬加工（冷加工（gōng））》2022年第12期第48~50頁，作者：山（shān）西平陽重工機械有限責（zé）任公司　王（wáng）永軍，畢永傑，原標題：《薄壁（bì）鋁合金殼體零件（jiàn）加工方法探（tàn）究》。