CN109483166A - 高精度金属超薄板零件加工工艺 - Google Patents

Abstract

本发明属于机械加工领域，涉及一种高精度金属超薄板零件加工工艺，包括以下步骤：1)对待加工的高精度金属超薄板零件进行粗加工；2)在完成粗加工后，对待加工的高精度金属超薄板零件进行热处理；3)将待加工的高精度金属超薄板零件置于柔性垫片上并对待加工的高精度金属超薄板零件进行粗磨；5)按机床极限精度对待加工的高精度金属超薄板零件进行精磨加工；6)对待加工的高精度金属超薄板零件进行钳工研磨；7)以研磨好的面为基准，以小进给的方式磨削其余工作尺寸，得到高精度金属超薄板零件。本发明提供了一种高效且可在较大面积上保证薄板尺寸及形位精度的高精度金属超薄板零件加工工艺。

Description

高精度金属超薄板零件加工工艺

技术领域

本发明属于机械加工领域，涉及一种超薄板材的加工工艺，尤其涉及一种高精度金属超薄板零件加工工艺。

背景技术

目前，各种薄板类的型面样板、光面长度量规、圆片卡规广泛应用于航空产品的计量中。部分量规受测量对象件结构限制，径厚比(直径或长度与厚度的比值)往往大20，属于典型的低刚度零件。根据以往经验，加工该类零件的技术难点主要有三点：1)热处理变形量大且弯曲类型、变形方向不易控制；2)平磨加工中，磨削力和加工热等因素的影响不利于消除零件的弯曲变形；3)平磨磁台磁力(夹持力)去除后，零件在自然状态下产生回弹弯曲现象，造成平行平面度超差。航空某薄板型零件的板厚与板面的最小尺寸比为1/52；有效工作面积为200×78(mm)，对称度要求为0.02mm，工作尺寸公差0.01mm，为高精度金属超薄板零件，因刚度很低，常规加工很难保证精度和夹持力去除后不产生回弹变形。试加工中，因夹持力去除后零件产生不同程度的弯曲变形而造成批量报废。

控制零件热处理、加工过程和加工后的变形量是制造该类零件的关键技术。现有技术中，解决以上技术难题大多采用减弱夹持力及消除其他应力的方法，应用或制备专用工装夹具或改进特殊工艺达到此目的。但这些方法因技术复杂、成本高、精度达不到要求等因素影响并不适合传统机加车间的应用。如申请号是CN201710089820.6的专利申请中公开了周平等利用特制的粘弹性垫减小电磁吸盘对薄板工件的吸附夹持变形来获得较高的平面度，但粘弹性垫的制备技术是普通机加车间所不具备的；公开号是CN 105436997 A的发明专利申请中公开了利用铜板或圆铁棒形导磁块，弱化夹持磁力对薄板件变形的影响以提高零件平面度；公开号是CN 106862966 A的发明专利申请中公开了利用专用真空吸盘夹持薄板零件进行大批量加工的方法。以上两种方法中，由于零件的热膨胀会导致零件在两根心棒或吸盘两孔间出现拱起现象，影响零件精度。公开号是CN 107263035 A的发明专利申请中公开了利用镂空支撑结构优化的上、下盘工艺，通过释放零件内部的残余应力，进而提高金属薄板平面精度的方法；该工艺涉及化学腐蚀、电化学腐蚀、整体加热使石蜡或松香蜡熔于镂空结构中等特种技术手段，显然不利于传统机加车间的实施应用。量具类零件属于单件小批量生产，对于普通机加车间，使用特制的专用夹具或特种工艺技术经济性较差、技术难度过高。

因此，围绕减少力和热对薄板零件精度影响的思路，提出一种基于普通设备和传统加工技术，适用于单件小批量生产的高精度金属薄板零件的加工工艺具有重要意义。

发明内容

为了解决背景技术中存在的高精度金属超薄板零件磨削后变形和精度稳定性差的问题，本发明提供了一种高效且可在较大面积上保证薄板尺寸及形位精度的高精度金属超薄板零件加工工艺。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种高精度金属超薄板零件加工工艺，其特征在于：所述高精度金属超薄板零件加工工艺包括以下步骤：

1)对待加工的高精度金属超薄板零件进行粗加工；

2)在完成粗加工后，对待加工的高精度金属超薄板零件进行热处理；

3)将待加工的高精度金属超薄板零件置于柔性垫片上并对待加工的高精度金属超薄板零件进行粗磨；

5)按机床极限精度对待加工的高精度金属超薄板零件进行精磨加工；

6)对待加工的高精度金属超薄板零件进行钳工研磨；

7)以研磨好的面为基准，以小进给的方式磨削其余工作尺寸，得到高精度金属超薄板零件。

上述步骤3)的具体实现方式是：

3.1)在获得待加工的高精度金属超薄板零件实际弯曲值后，将折叠或多层叠放后的柔性垫片垫入待加工的高精度金属超薄板零件和平磨磁台中间的悬空处，使待加工的高精度金属超薄板零件在强磁力吸附下的变形量与自然弯曲状态一致；所述柔性垫片是铜版纸、锡箔纸、铝箔纸以及薄油纸中的一种或多种的叠加；所述柔性垫片的厚度不大于0.02mm(单层纸厚度0.01mm，此处不大于0.02mm是考虑凡是单层纸厚度尺寸在0.02mm以下的均可使用)；

3.2)磨削待加工的高精度金属超薄板零件厚度两面且达到80％以上的工作面积，打表计量获得初步磨平后的实际弯曲值和剩余加工余量；

3.3)调整柔性垫片的厚度和进刀量，继续多次翻面磨削待加工的高精度金属超薄板零件直至待加工的高精度金属超薄板零件的厚度两面存有0.5～0.6mm余量，在自然状态下待加工的高精度金属超薄板零件厚度两面平行垂直不大于0.05mm，待加工的高精度金属超薄板零件的表面粗糙度不低于Ra0.4；

3.4)对待加工的高精度金属超薄板零件进行人工时效处理，去除应力。

上述步骤5)的具体实现方式是：

将大于待加工的高精度金属超薄板零件面积的垫片垫在待加工的高精度金属超薄板零件和平磨磁台之间，所述垫片是铜版纸或挂历纸；在弱磁作用下，用小余量进给精密磨削待加工的高精度金属超薄板零件厚度两面，使待加工的高精度金属超薄板零件厚度两面在自然状态下平行度不大于0.015mm，表面粗糙度趋向接近或达到Ra0.2；待磨削完成后，再次对待加工的高精度金属超薄板零件进行人工时效处理。

上述步骤5)中的磨削参数是：白刚玉砂轮，宽度50mm，磨削深度为0.008～0.01mm，单行程的横进给量为15mm/行程。

上述步骤5)中磨削后，待加工的高精度金属超薄板零件的表面纹理呈十字花状。

上述高精度金属超薄板零件加工工艺在步骤3)和步骤5)之间还包括：

4)对待加工的高精度金属超薄板零件进行半精磨加工；其具体实现方式是：按步骤3)的磨削方式继续将待加工的高精度金属超薄板零件翻面磨削直至待加工的高精度金属超薄板零件厚度两面存有0.2～0.25mm余量，使待加工的高精度金属超薄板零件在自然状态下平行度不大于0.02mm；再次进行人工时效处理，去除加工应力。

上述步骤4)磨削参数为：白刚玉砂轮，宽度50mm，磨削深度为0.01～0.02mm，单行程的横进给量为30mm/行程；磨削达到的技术要求为：待加工的高精度金属超薄板零件的厚度两面留0.5～0.6mm，宽度两面留0.2～0.25mm。

上述步骤1)的具体实现方式是：采用刨削或铣削的方式去除待加工的高精度金属超薄板零件的余量，使待加工的高精度金属超薄板零件的垂直度小于等于0.2mm，待加工的高精度金属超薄板零件的厚度面每面留1～1.2mm余量，使待加工的高精度金属超薄板零件的径厚比不大于最终要求的3/5。

上述步骤2)的具体实现方式是：在完成粗加工后，对待加工的高精度金属超薄板零件进行热处理，所述热处理是在淬火后加冷处理工序，并进行时效处理；热处理须将待加工的高精度金属超薄板零件的变形量控制在0.3mm以内。

上述步骤6)的具体实现方式是：

6)先粗研待加工的高精度金属超薄板零件的两面，消除砂轮磨削后待加工的高精度金属超薄板零件产生的裂纹、高点和亚表面层损伤；随后精研待加工的高精度金属超薄板零件的两面，提高待加工的高精度金属超薄板零件平面度和表面质量；最终获得0.005mm以内的平面度、0.008mm以内平行度和Ra0.2及以上的表面粗糙度的待加工的高精度金属超薄板零件。

本发明的优点是：

本发明提供了一种高精度金属超薄板零件加工工艺，包括对待加工的高精度金属超薄板零件进行粗加工；在完成粗加工后，对待加工的高精度金属超薄板零件进行热处理；将待加工的高精度金属超薄板零件置于柔性垫片上并对待加工的高精度金属超薄板零件进行粗磨；按机床极限精度对待加工的高精度金属超薄板零件进行精磨加工；对待加工的高精度金属超薄板零件进行钳工研磨；以研磨好的面为基准，以小进给的方式磨削其余工作尺寸，得到高精度金属超薄板零件。本发明与现有技术相比，首先采用柔性垫片对待加工的高精度金属超薄板零件进行粗磨，随后进行精磨加工，由于柔性垫片与零件间界面和垫片不同材料间界面对应力波的反射衰减作用，可减少砂轮磨削过程中尤其是切入零件时的冲击力。本发明在余量大、变形量大时应用复合垫片开强磁加工，在余量小、变形量小时应用单层厚垫片开弱磁加工。区别于一味减弱夹持力减小零件变形的思路，通过3次平磨、1次研磨配合人工时效的工序安排，以最少次数的核心工序安排保证了核心尺寸的加工完成，兼顾了加工质量、加工效率和变形量控制，对提高生产效率、降低生产成本起有益作用。应用本工艺可使最小厚度4.5-0.1mm的高硬度金属薄板零件在200×70mm面积内，保证不大于0.005mm的平面度、不大于0.01mm的平行度和0.01mm的尺寸公差，并保证尺寸的稳定性。本工艺仅应用通用高精度机加设备、传统机加工艺和简单工艺垫片辅助加工即可实现，无复杂工艺技术和专用辅助工具，成本低，操作简单，解决了复杂工装的制造时间和成本。

具体实施方式

高精度超薄板零件加工的关键不仅在于应用何种机加手段达到精度要求，更在于夹持力卸载后零件不发生变形而导致形位精度超差。故该类零件加工工艺编制的核心原则是减少力和热对零件变形的影响，使之达到并保持精度。为此，本发明提供了一种高精度金属超薄板零件加工工艺，包括：

1)对零件进行粗加工：采用刨削或铣削加工去除零件余量，保证零件垂直度小于等于0.2mm，零件厚度面每面留1～1.2mm余量，使径厚比减至最终要求的3/5或更低，提高零件刚度；钳工钻出孔并校平零件，不得产生波浪形弯曲；

2)对零件进行热处理：在淬火后加冷处理工序，并进行时效处理以提高材料性能和零件的尺寸稳定性；热处理须将零件的变形量控制在0.3mm以内；

3)利用柔性垫片对零件进行装夹并进行粗磨。在获得零件实际弯曲值后，将折叠或多层叠放后的柔性垫片(锡箔纸、铝箔纸、薄油纸，厚度不超过0.01mm)垫入零件和平磨磁台中间悬空处(厚度方向)，使零件在强磁力吸附下的变形量与自然弯曲状态一致，减少回弹误差；此时，通过垫片与零件间界面和垫片不同材料间界面对应力波的反射衰减作用，可减少砂轮磨削过程中尤其是切入零件时的冲击力。随后，先磨削零件厚度两面均达到80％以上的工作面积，打表计量获得初步磨平后的实际弯曲值和剩余加工余量；之后调整垫片厚度和进刀量，继续多次翻面磨削至指定尺寸：厚度两面至0.5～0.6mm余量，自然状态下平行垂直0.05mm以内，表面粗糙度Ra0.4以上。然后对零件进行人工时效处理，去除应力。其中，柔性垫片最好采用不同材料的复合垫片，以获得最佳减振效果。不同垫片可由不同材料组成，但应具有以下特征：尺寸均匀一致且状态稳定；使用时垫片间压实后无相对滑动，可弯曲折叠，可多层放置，不导磁，不易被冷却液腐蚀，可承受加工产生的高温。

4)对零件进行半精磨加工，防止连续磨削产生过多的热和应力。按上述夹持和磨削方法继续翻面磨削厚度两面至0.2～0.25mm余量，使零件在自然状态下平行度0.02mm以内。磨削宽度尺寸达图，再次进行人工时效处理，去除加工应力。该步骤所采用的磨削参数为：白刚玉砂轮，宽度50mm，磨削深度为0.01～0.02，单行程(零件宽度尺寸)的横进给量为30mm/行程；磨削达到的技术要求为：厚度两面留0.5～0.6mm，宽度两面留0.2～0.25mm，该方法可在提高加工效率的同时保证加工精度和零件表面质量。

5)按机床极限精度对零件进行精磨加工。将大于零件面积的单层厚垫片(一般用挂历纸，垫片的厚度不大于0.01mm，这里的垫片与前述的柔性垫片不同，此时零件弯曲值较小，仅需垫入大于零件面积的一般挂历纸进一步平衡弱磁力对零件的作用力即可，零件在弱磁作用下已经可以消除微小变形，达到技术要求；但是如果此时零件弯曲值仍较大，则需要垫入粗磨时的薄垫片继续加工，垫在零件和平磨磁台之间，此时零件较为平整。在弱磁作用下，用小余量进给精密磨削零件厚度两面，使零件厚度两面在自然状态下平行度不大于0.015mm，表面粗糙度达Ra0.2或尽量接近Ra0.2；磨削完成后按图纸要求用刀磨磨出空刀，再次对零件进行人工时效处理。该步骤所采用的磨削参数为：白刚玉砂轮，宽度50mm，磨削深度为0.008～0.01mm，单行程(零件宽度尺寸)的横进给量为15mm/行程；零件表面纹理呈十字(交叉)花状以提高零件平面度。

6)采用钳工研磨的方法加工尺寸达图。先粗研两面，消除砂轮磨削后零件产生的裂纹、高点和亚表面层损伤；随后精研两面，提高零件平面度和表面质量；最终获得0.005mm以内的平面度、0.008mm以内平行度和Ra0.2及以上的表面粗糙度。

7)以研好两面为基准，以小进给的方式磨削其余工作尺寸达图。

基于例如GCr15、CrWMn等具有良好力学性能、热处理变形小的合金钢材料所形成的高精度金属超薄板零件，都可以采用本发明所提供的工艺进行加工；同时，本发明提出在零件的热处理、运输和存放过程中悬挂放置，避免厚度方向载荷对零件变形的影响；平磨加工中应添加冷却液减少加工热对零件弯曲变形的影响。

Claims (10)

1.一种高精度金属超薄板零件加工工艺，其特征在于：所述高精度金属超薄板零件加工工艺包括以下步骤：

1)对待加工的高精度金属超薄板零件进行粗加工；

2)在完成粗加工后，对待加工的高精度金属超薄板零件进行热处理；

3)将待加工的高精度金属超薄板零件置于柔性垫片上并对待加工的高精度金属超薄板零件进行粗磨；

5)按机床极限精度对待加工的高精度金属超薄板零件进行精磨加工；

6)对待加工的高精度金属超薄板零件进行钳工研磨；

7)以研磨好的面为基准，以小进给的方式磨削其余工作尺寸，得到高精度金属超薄板零件。

2.根据权利要求1所述的高精度金属超薄板零件加工工艺，其特征在于：所述步骤3)的具体实现方式是：

3.1)在获得待加工的高精度金属超薄板零件实际弯曲值后，将折叠或多层叠放后的柔性垫片垫入待加工的高精度金属超薄板零件和平磨磁台中间的悬空处，使待加工的高精度金属超薄板零件在强磁力吸附下的变形量与自然弯曲状态一致；所述柔性垫片是铜版纸、锡箔纸、铝箔纸以及薄油纸中的一种或多种的叠加；所述柔性垫片的厚度不大于0.02mm；

3.2)磨削待加工的高精度金属超薄板零件厚度两面且达到80％以上的工作面积，打表计量获得初步磨平后的实际弯曲值和剩余加工余量；

3.3)调整柔性垫片的厚度和进刀量，继续多次翻面磨削待加工的高精度金属超薄板零件直至待加工的高精度金属超薄板零件的厚度两面存有0.5～0.6mm余量，在自然状态下待加工的高精度金属超薄板零件厚度两面平行垂直不大于0.05mm，待加工的高精度金属超薄板零件的表面粗糙度不低于Ra0.4；

3.4)对待加工的高精度金属超薄板零件进行人工时效处理，去除应力。

3.根据权利要求2所述的高精度金属超薄板零件加工工艺，其特征在于：所述步骤5)的具体实现方式是：将大于待加工的高精度金属超薄板零件面积的垫片垫在待加工的高精度金属超薄板零件和平磨磁台之间，所述垫片的厚度不大于0.01mm，所述垫片是铜版纸或挂历纸；在弱磁作用下，用小余量进给精密磨削待加工的高精度金属超薄板零件厚度两面，使待加工的高精度金属超薄板零件厚度两面在自然状态下平行度不大于0.015mm，表面粗糙度趋向接近或达到Ra0.2；待磨削完成后，再次对待加工的高精度金属超薄板零件进行人工时效处理。

4.根据权利要求3所述的高精度金属超薄板零件加工工艺，其特征在于：所述步骤5)中的磨削参数是：白刚玉砂轮，宽度50mm，磨削深度为0.008～0.01mm，单行程的横进给量为15mm/行程。

5.根据权利要求4所述的高精度金属超薄板零件加工工艺，其特征在于：所述步骤5)中磨削后，待加工的高精度金属超薄板零件的表面纹理呈十字花状。

6.根据权利要求1或2或3或4或5所述的高精度金属超薄板零件加工工艺，其特征在于：所述高精度金属超薄板零件加工工艺在步骤3)和步骤5)之间还包括：

4)对待加工的高精度金属超薄板零件进行半精磨加工；其具体实现方式是：按步骤3)的磨削方式继续将待加工的高精度金属超薄板零件翻面磨削直至待加工的高精度金属超薄板零件厚度两面存有0.2～0.25mm余量，使待加工的高精度金属超薄板零件在自然状态下平行度不大于0.02mm；再次进行人工时效处理，去除加工应力。

7.根据权利要求6所述的高精度金属超薄板零件加工工艺，其特征在于：所述步骤4)磨削参数为：白刚玉砂轮，宽度50mm，磨削深度为0.01～0.02，单行程的横进给量为30mm/行程；磨削达到的技术要求为：待加工的高精度金属超薄板零件的厚度两面留0.5～0.6mm，宽度两面留0.2～0.25mm。

8.根据权利要求7所述的高精度金属超薄板零件加工工艺，其特征在于：所述步骤1)的具体实现方式是：采用刨削或铣削的方式去除待加工的高精度金属超薄板零件的余量，使待加工的高精度金属超薄板零件的垂直度小于等于0.2mm，待加工的高精度金属超薄板零件的厚度面每面留1～1.2mm余量，使待加工的高精度金属超薄板零件的径厚比不大于最终要求的3/5。

9.根据权利要求8所述的高精度金属超薄板零件加工工艺，其特征在于：所述步骤2)的具体实现方式是：在完成粗加工后，对待加工的高精度金属超薄板零件进行热处理，所述热处理是在淬火后加冷处理工序，并进行时效处理；热处理须将待加工的高精度金属超薄板零件的变形量控制在0.3mm以内。

10.根据权利要求9所述的高精度金属超薄板零件加工工艺，其特征在于：所述步骤6)的具体实现方式是：先粗研待加工的高精度金属超薄板零件的两面，消除砂轮磨削后待加工的高精度金属超薄板零件产生的裂纹、高点和亚表面层损伤；随后精研待加工的高精度金属超薄板零件的两面，提高待加工的高精度金属超薄板零件平面度和表面质量；最终获得0.005mm以内的平面度、0.008mm以内平行度和Ra0.2及以上的表面粗糙度的待加工的高精度金属超薄板零件。