01

前言

圓形鋁合金結(jié)構(gòu)件常用于閥體、泵體、芯體等零件，用于軍工、航空航天、高精密模具等領(lǐng)域。圓形鋁合金結(jié)構(gòu)件最顯著的特點(diǎn)是精度高，形狀復(fù)雜。在選材方面，2A12-T4鋁合金是常用材料，加工性能較好。由于其最大的特點(diǎn)是易變形，所以其加工難度顯而易見。

02

泵芯的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及關(guān)鍵技術(shù)難點(diǎn)

2.1結(jié)構(gòu)特征

圓形鋁合金結(jié)構(gòu)是電廠泵殼的核心。泵殼芯是一種復(fù)雜的空心結(jié)構(gòu)件，屬于薄壁件。從輸出精度來(lái)看，泵殼芯是關(guān)鍵的精密輸出結(jié)構(gòu)；從裝配結(jié)構(gòu)來(lái)看，泵殼芯是整個(gè)結(jié)構(gòu)的裝配載體。

2.2關(guān)鍵技術(shù)難點(diǎn)

泵芯關(guān)鍵尺寸精確，工件上有多項(xiàng)形位公差要求，精度為0.02mm，從產(chǎn)品結(jié)構(gòu)分析，局部實(shí)體連接部分壁厚僅為2.5mm，符合薄壁零件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。從加工工藝分析，在保證產(chǎn)品精度的同時(shí)，控制產(chǎn)品的變形尤為重要。

03

粗加工方案

3.1第一次粗加工

實(shí)施方案:普通車床加工，自定心卡盤夾緊毛坯，原圓形毛坯大余量粗加工，工件單邊余量0.5毫米，保證整體形位公差精度< < 0.1毫米..

流程分析如下。

1)去除大余量的毛坯，使產(chǎn)品釋放初始應(yīng)力。

2)工件粗車后的整體形位公差精度應(yīng)< < 0.1mm(包括同軸度、垂直度和平整度)，為后續(xù)定位加工做準(zhǔn)備。

3.2第二次粗加工

(1)對(duì)側(cè)第二次粗加工，對(duì)側(cè)第二次粗加工

方案:用三軸加工中心加工，立式自定心卡盤夾緊工件底部的圓形毛坯。

1)工件的綠色區(qū)域應(yīng)進(jìn)行兩次粗加工，單邊余量為0.5毫米..

2)工件紅色區(qū)域的凹槽加工到位(即最終產(chǎn)品的區(qū)域加工到位，不留余量)。

3)利用孔間基準(zhǔn)換算，將8個(gè)ST5(φ 5.2mm)底孔換算成6個(gè)M4螺紋孔和2個(gè)4mm銷孔。圖6a中，2個(gè)粉色孔為銷孔，6個(gè)深藍(lán)色孔為螺紋孔，尺寸精度換算。

流程分析如下。

1)根據(jù)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和尺寸精度分析，得出紅色區(qū)域?yàn)闇p重區(qū)域，因此加工到位，也滿足了產(chǎn)品內(nèi)應(yīng)力的二次釋放。

2)本工序完成孔對(duì)孔尺寸轉(zhuǎn)換后，與大平面一起形成“一邊兩銷”的經(jīng)典夾緊定位方式，為后續(xù)工裝設(shè)計(jì)做準(zhǔn)備[2]。

(2)正面第二次粗加工，正面第二次粗加工。

實(shí)施方案:五軸加工中心加工，專用工裝夾緊。

1)設(shè)計(jì)一面兩銷五軸前銑專用工裝。

2)工件的綠色區(qū)域應(yīng)粗加工兩次，單邊余量為0.5毫米

3)工件紅色區(qū)域的凹槽加工到位(即最終產(chǎn)品的區(qū)域加工到位，不留余量)。

流程分析如下。

1)根據(jù)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和尺寸精度分析，得出圖7中紅色區(qū)域?yàn)闇p重區(qū)域，因此加工到位，也滿足了產(chǎn)品內(nèi)應(yīng)力的二次釋放。

2)工件是中空結(jié)構(gòu)的薄壁零件，應(yīng)優(yōu)先考慮工件的垂直力，而不是徑向力。設(shè)計(jì)思路如下:①定位面的設(shè)計(jì)思路。結(jié)合前面的程序，孔與孔之間的尺寸換算后，遵循一邊兩銷夾緊的原則，綠色一邊為定位面，兩個(gè)紅色銷為限位[3]。②夾緊方式的設(shè)計(jì)思想。結(jié)合前面的工藝，經(jīng)過(guò)孔與孔之間的尺寸換算，設(shè)計(jì)了四個(gè)內(nèi)六角螺釘，工件主螺紋的裝夾方式為反拉?？紤]到此過(guò)程中工件銑削余量較大，在工件頂部加了一個(gè)圓形蓋板，對(duì)工件起到了很好的穩(wěn)定作用。

04

時(shí)效處理

入爐溫度:室溫；升溫速率:127℃/h；保持溫度:(185±10)℃;保溫時(shí)間:4-5小時(shí)；冷卻速度:43℃/小時(shí)；冷卻方式:隨爐冷卻；排出溫度:室溫。

工藝分析:①消除工件加工過(guò)程中的內(nèi)應(yīng)力。②穩(wěn)定工件的基底結(jié)構(gòu)。

05

關(guān)鍵零件的精加工方案

5.1車床加工

實(shí)施方案:數(shù)控車床加工，設(shè)計(jì)專用工裝夾具。

1)基準(zhǔn)面看到自由狀態(tài)的光。在車床上鏜軟爪，輕夾藍(lán)色外圓，貼緊端面，翻紅大面見光。

2)精車工件正面。專用夾具夾緊(同五軸前銑夾具)，精車工件所有內(nèi)孔區(qū)域和外圓紅色區(qū)域。

3)反向車削工裝。用專用芯軸夾緊內(nèi)孔，用百分表檢查最后一道工序加工的外圓和軸圓的跳動(dòng)在0.01毫米以內(nèi)。車削工件反面和燕尾槽。裝夾方法:精車外圓紅色區(qū)域和燕尾槽，達(dá)到尺寸要求。

流程分析如下。

1)基準(zhǔn)面在自由狀態(tài)下曝光，實(shí)際上就是熱處理后的基準(zhǔn)面，屬于這個(gè)工藝的關(guān)鍵點(diǎn)。一個(gè)看似簡(jiǎn)單的動(dòng)作，其實(shí)是個(gè)謎。比如在初始工序中，精加工過(guò)程中沒有校正基準(zhǔn)面，工件加工后尺寸公差和形位公差超差。然而，對(duì)夾緊方案的分析是合理的，其原因是忽略了鋁合金的塑性變形。為了解決這一問題，經(jīng)過(guò)反復(fù)試驗(yàn)，得出了基準(zhǔn)面應(yīng)在自由狀態(tài)下加工的結(jié)論。

工件的自由狀態(tài)是由剛性條件支撐的工件的狀態(tài)。一般來(lái)說(shuō)，意味著工件的當(dāng)前狀態(tài)具有良好的強(qiáng)度。因此，對(duì)于精度較高的結(jié)構(gòu)件，需要在精加工前使工件具有剛性，從而為工件在精加工前創(chuàng)造剛性條件。在剛性條件的支撐下，可以再次修正基準(zhǔn)面，而且修正量必須小，基準(zhǔn)面才能見光。這就是在自由狀態(tài)下修正基準(zhǔn)面的意義，非常重要。

在工件內(nèi)孔加工完成之前，工件是剛性的。在此基礎(chǔ)上加工基準(zhǔn)面，所以平面是平的，所以這個(gè)工序很關(guān)鍵。

2)根據(jù)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，結(jié)合各工序基準(zhǔn)統(tǒng)一的原則，尋求設(shè)計(jì)工裝的共性，最終完成精加工工序?qū)Ｓ霉ぱb的設(shè)計(jì)。這種設(shè)計(jì)方案與五軸前銑工裝的設(shè)計(jì)方案一模一樣，不僅簡(jiǎn)化了每道工序各種工裝的現(xiàn)象，而且工裝可更換。

3)根據(jù)產(chǎn)品燕尾槽結(jié)構(gòu)，自制燕尾槽車刀，既保證了產(chǎn)品精度，又節(jié)約了刀具成本。

4)車削工件反面專用芯軸工具的設(shè)計(jì)思路:①芯軸與工件內(nèi)孔屬于精密間隙配合方式，遵循孔與軸的基準(zhǔn)換算原理。②工裝上增加了一個(gè)長(zhǎng)圓柱銷，既起到防轉(zhuǎn)的作用，又便于工件與工裝之間作用力的傳遞。

5.2銑床工藝

實(shí)施方案:五軸加工中心加工，專用工裝夾緊。

流程分析如下。

1)反銑專用工裝的夾緊設(shè)計(jì)思路: ①定位面的設(shè)計(jì)思路。仍然遵循一面兩銷的夾緊原理。兩個(gè)綠色表面是定位表面，底部的兩個(gè)紅色引腳是受限的。②夾緊方式的設(shè)計(jì)思想。根據(jù)工件的螺紋位置，設(shè)計(jì)了圓形花形壓板，并增加了中心圓形壓板，防止側(cè)鉤銑削振動(dòng)。

2)工件反面的精加工分兩步進(jìn)行。主要原因是工件反面的掛鉤伸出太長(zhǎng)。在沒有圓形壓板的情況下，鉤區(qū)出現(xiàn)振刀現(xiàn)象，表面粗糙度不達(dá)標(biāo)。

3)在最后一道工序中，銑床會(huì)對(duì)該工序的關(guān)鍵部位進(jìn)行精加工，加工內(nèi)容較少，不會(huì)影響整體精度，也不會(huì)產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力。工件加工后，經(jīng)檢驗(yàn)符合圖紙要求。

06

結(jié)束語(yǔ)

圓形鋁合金結(jié)構(gòu)泵殼芯全過(guò)程開發(fā)的技術(shù)要點(diǎn)主要體現(xiàn)在以下三個(gè)方面:①?gòu)膱A形鋁合金結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)出發(fā)，著重考慮產(chǎn)品在裝夾過(guò)程中的受力方向。②工件在自然狀態(tài)下夾緊，以消除工件基準(zhǔn)面的變形。③產(chǎn)品加工過(guò)程中多次釋放內(nèi)應(yīng)力。以上三個(gè)方面相輔相成，才能完成高精度的產(chǎn)品。