CN104972281B - 一种敞开式结构零件的加工工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种敞开式结构零件的加工工艺，能够有效解决零件敞开部分变形、表面粗糙度及壁厚尺寸难以保证的技术难题。根据零件的结构特征设计工艺补块，将零件敞开部分切开，并在开口处工艺补块上攻螺纹，采用工艺补块、连接钢板将零件敞开部分人为连接的加工方式，提高了零件的合格率及表面加工质量，明显降低了零件的废次品率，节省制造成本、提高加工效率。
Description
技术领域
本发明属于机械加工技术领域，特别涉及一种敞开式结构零件的加工工艺。
背景技术
敞开式结构零件，其形状较为复杂且为深腔结构，加工难度大。若采用传统铝合金锻件加工工艺，此类零件由于自身材料原因，内部应力未充分释放。在加工过程中随着材料内部应力的不断释放，敞开式结构零件变形很大。同时由于该类零件刚性较弱，加工过程中零件发生震颤，导致零件的侧壁光洁度和厚度尺寸都难以保证，无法达到设计的要求。综上所述，传统铝合金锻件的工艺方法不适宜此类零件的加工。
加工此类零件有以下两大难点：①零件的材料特点以及敞开式结构，使得零件在加工过程中变形量很大且敞开部分的表面粗糙度及壁厚尺寸难以控制。同时，由于零件变形的方向及变形量的大小很难预知和判断，故只能对零件进行试切加工，通过具体实物的情况来寻找规律，而这种做法往往伴随着一定风险；②零件的深腔结构，这种零件内腔深度一般在100mm~130mm之间，零件内型中各个槽腔内部的转接半径多为6mm和8mm，故在精加工上述型腔时必须使用直径为φ12和φ16的加长立铣刀。这些刀具悬出刀柄的长度与自身直径的比值接近甚至超过10，使用这些刀具加工零件时，为防止刀具震颤，只能降低机床的转速和进给速度，使得加工效率降低。
发明内容
本发明为解决现有敞开式结构零件加工难度大、效率低的问题，提出一种敞开式结构零件的加工工艺。
为解决上述问题，本发明采取的技术方案是：一种敞开式结构零件的加工工艺，包括如下步骤：
（1）粗加工：对零件正反面进行粗加工，去除零件主体毛坯材料，加工出零件轮廓，粗加工后零件预留工艺余量3mm，用于半精加工和精加工时的材料去除。
（2）将粗加工后的零件进行热处理。
（3）将零件敞开式结构部分切开：在零件热处理完成后，将零件敞开式结构部分切开。目的是为了制造一个释放应力的区域，引导零件内部应力在切开区域释放。
（4）在开口处工艺补块上攻螺纹孔，供安装和固定连接钢板时使用，为连接钢板的连接做好准备工作。
（5）自然时效：自然时效48小时以上，用于释放粗加工过程中因材料塑性变形、切削热及热处理时产生的内部应力。自然时效是一个缓慢的过程，一般需要48小时以上的时间。在此段时间跨度中，随着内部应力在零件开口区域释放，零件开口处会有较大的变形量值，并且变形量会在48小时的时间跨度末端趋于稳定。这种情况说明，零件内部应力已充分释放，零件敞开式结构部分已充分变形；
（6）铣定位基准面及扩、铰工艺孔，将应力释放后，定位基准面处产生的变形量去除。
（7）用连接钢板将零件开口处连接，增加零件开口部分的刚性，防止零件在切削过程中的震颤。
（8）半精加工：
①半精加工正面，零件前端预留1mm工艺余量，零件敞开式结构部分处留2mm工艺余量；
②半精加工反面，预留1mm工艺余量。
（9）自然时效：将连接钢板撤去，使零件恢复自由状态后，再进行一次时效处理；自然时效大于48小时，让零件在自由状态下充分释放内部应力。
（10）再次铣定位基准面及扩、铰工艺孔，将应力释放后定位基准面处产生的变形量去除。
（11）再次用连接钢板将零件开口处连接，增加零件开口部分的刚性，防止零件在切削过程中的震颤。
（12）精加工：
①精加工正面：先针对零件敞开式结构部分再进行一次半精加工，留工艺余量1mm，加工完毕后将零件装夹撤去，让零件在自由状态下再释放一次应力，之后精加工零件正面所有结构；
②精加工反面，并铣薄连接工艺补块。
（13）计量检验零件：切断工艺补块,完成零件其余机加内容，零件成检。
本发明取得的有益效果是：敞开式结构零件加工，采用工艺补块、连接钢板将零件敞开部分人为连接的加工方式，能够有效解决零件敞开部分变形、表面粗糙度及壁厚尺寸难以保证的技术难题，提高了零件的合格率及表面加工质量，明显降低了零件的废次品率，节省制造成本、提高加工效率。
附图说明
图1为实施例中敞开式结构零件主视图。
图2为实施例中零件粗加工示意图。
图3为实施例中零件补块搭接方式及钢板连接示意图。
图4为实施例中零件半精加工示意图。
附图标号：1、零件；2、工艺补块；3、连接钢板；4、切口。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施方式做更详细的说明。
附图1为典型敞开式零件1主视图，材料为LC9CGS3（自由锻）铝合金，零件底面及腹板面为曲面，零件前端内腔中有多处筋条对零件进行加强，零件尾部为敞开式结构。
敞开式结构零件的加工工艺的关键在于：找到零件1变形最明显的部位，并在加工时对该部分的变形量进行有效控制。参照附图1可知，零件变形量最大的部分在于零件尾部敞开处，根据零件的结构特征重新设计工艺补块。补块搭接方式是在零件长度方向放置补块，加长在零件开口处的工艺补块2长度。
本发明一种敞开式结构零件的加工工艺，采用三轴低速数控铣床对零件1进行粗加工、半精加工和精加工，具体工艺流程包括以下步骤：
（1）粗加工：
对零件1正反面进行粗加工，去除零件1主体毛坯材料，加工出零件1轮廓，粗加工后零件1预留工艺余量3mm，用于半精加工和精加工时的材料去除，如附图2所示。
（2）将粗加工后的零件1进行热处理：
因零件1材料为LC9CGS3（自由锻）铝合金，这种牌号的自由锻件毛坯的最大淬火厚度为80mm，而该零件1的毛坯尺寸在长、宽、高三个方向均大于80mm。因此，零件1在毛坯状态时未能达到设计要求的热处理硬度值，故必须将零件毛坯进行粗加工，而粗加工后的零件半成品在某个方向上的厚度将小于80mm，此时再将半成品进行热处理，方可达到设计要求。
（3）将零件1敞开式结构部分切开：
在零件1热处理完成后，将零件1敞开式结构部分切开，形成一个切口4，目的是为了制造一个释放应力的区域，引导零件内部应力在切开区域释放。
（4）工艺补块2上攻螺纹孔；
在零件1尾部工艺补块2上攻2×M10螺纹孔，供安装和固定连接钢板3时使用，为连接钢板3的连接做好准备工作。
（5）自然时效：自然时效48小时以上，用于释放粗加工过程中因材料塑性变形、切削热及热处理时产生的内部应力。自然时效是一个缓慢的过程，一般需要48小时以上的时间。在此段时间跨度中，随着内部应力在零件开口区域释放，零件1开口处会有较大的变形量值，并且变形量会在48小时的时间跨度末端趋于稳定。这种情况说明，零件1内部应力已充分释放，零件1敞开式结构部分已充分变形；
（6）铣定位基准面及扩、铰工艺孔，将应力释放后，定位基准面处产生的变形量去除。
（7）用连接钢板3将零件1开口处连接，增加零件1开口部分的刚性，防止零件1在切削过程中的震颤，如附图3所示。
（8）半精加工：
①半精加工正面，零件1前端预留1mm工艺余量，零件1敞开式结构部分处留2mm工艺余量，如附图4所示；
②半精加工反面，预留1mm工艺余量。
（9）自然时效：将连接钢板3撤去，使零件1恢复自由状态后，再进行一次时效处理；自然时效大于48小时，让零件1在自由状态下充分释放内部应力。
（10）再次铣定位基准面及扩、铰工艺孔，将应力释放后定位基准面处产生的变形量去除。
（11）再次用连接钢板3将零件1开口处连接，增加零件1开口部分的刚性，防止零件1在切削过程中的震颤。
（12）精加工：
①精加工正面：先针对零件1敞开式结构部分再进行一次半精加工，留工艺余量1mm，加工完毕后将零件1装夹撤去，让零件1在自由状态下再释放一次应力，之后精加工零件1正面所有结构；
②精加工反面，并铣薄连接工艺补块2。
（13）计量检验零件1：切断工艺补块,完成零件1其余机加内容，零件1成检。
具体具体参数如下：
（1）粗加工：
使用机床：三坐标低速数控铣床；
使用刀具：φ20R3高速钢或焊齿铣刀；
加工参数：切深1~5mm ；切宽12mm；零件留余量3mm；
机床转速：1000rpm～2000rpm ；
切削速度：500～1000mmpm。
（2）半精加工：
使用机床：三坐标低速数控铣床；
使用刀具：φ16R3整体硬质合金刀；
加工参数：切深2~4mm；切宽8mm；零件留余量1~2mm；
机床转速：1000rpm～2000rpm ；
切削速度：500～1000mmpm。
（3）精加工：
使用机床：三坐标低速数控铣床；
使用刀具：φ12R3~φ16R3整体硬质合金刀；
加工参数：切深1~3mm；切宽6~8mm；
机床转速：1000rpm～2000rpm；
切削速度：500～1000mmpm。
以上列举的仅是本发明的具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有许多类似的改形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明所要保护的范围。
Claims (1)
1.一种敞开式结构零件的加工工艺，其特征在于：包括以下步骤：
1）粗加工：对零件正反面进行粗加工，去除零件主体毛坯材料，加工出零件轮廓，粗加工后零件预留工艺余量3mm，用于半精加工和精加工时的材料去除；
2）将粗加工后的零件进行热处理；
3）将零件敞开式结构部分切开：在零件热处理完成后，将零件敞开式结构部分切开，目的是为了制造一个释放应力的区域，引导零件内部应力在切开区域释放；
4）在开口处工艺补块上攻螺纹孔，供安装和固定连接钢板时使用，为连接钢板的连接做好准备工作；
5）自然时效：自然时效48小时以上，用于释放粗加工过程中因材料塑性变形、切削热及热处理时产生的内部应力；
6）铣定位基准面及扩、铰工艺孔，将应力释放后定位基准面处产生的变形量去除；
7）用连接钢板将零件开口处连接，增加零件开口部分的刚性，防止零件在切削过程中的震颤；
8）半精加工：①半精加工正面，零件前端预留1mm工艺余量，零件敞开式结构部分处留2mm工艺余量；②半精加工反面，预留1mm工艺余量；
9）自然时效：将连接钢板撤去，使零件恢复自由状态后，再进行一次时效处理；自然时效48小时，让零件在自由状态下充分释放内部应力；
10）再次铣定位基准面及扩、铰工艺孔，将应力释放后定位基准面处产生的变形量去除；
11）再次用连接钢板将零件开口处连接，增加零件开口部分的刚性，防止零件在切削过程中的震颤；
12）精加工：①精加工正面：先针对零件敞开式结构部分再进行一次半精加工，留工艺余量1mm，加工完毕后将零件装夹撤去，让零件在自由状态下再释放一次应力，之后精加工零件正面所有结构；②精加工反面，并铣薄连接工艺补块；
13）计量检验零件：切断工艺补块，完成零件其余机加内容，零件成检。
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