铝合金薄壁环形件研磨方法研究

李健+袁昊+乌日古门+栾家建

摘 要：本文以铝合金薄壁环形件研磨工艺为研究对象，详细分析了零件研磨过程中常见问题，针对各项问题进行了深入研究。最终制定了零件研磨平面度控制的方法与手段，为后续类似零件的工艺制定及现场实施提供了理论依据与实践指导。

关键词：机械制造；铝合金；薄壁环形件；研磨

中图分类号：TG506 文献标识码：A

0.引言

铝合金薄壁环形件因其本身材料性能优良、零件结构简单、重量轻、强度高等特点，被广泛应用于航空航天领域。然而由于其相对刚度较低，故加工工艺性差。采用常规方法加工后的零件易产生翘曲变形，需要后续手工打磨或校正等补充工序。而操作者借助研磨机手工研磨（后文简称：研磨）作为铝合金薄壁环形件轴向基准修整及端面平面度控制的一种手段，其操作简便、加工精度高、工艺周期短而被广泛应用在各生产厂的生产实践当中。

然而到目前为止，研磨的具体操作方法、压紧力的大小、加工的时间、下屑量的控制等主要工作指标各生产厂也不尽相同。因此，对铝合金薄壁环形件研磨方法的研究就显得极其重要。

1.研磨中常见问题及分析

研磨通常情况下由钳工来完成加工，操作者首先将煤油与金刚砂的混合物涂覆在转动的研磨盘上；待混合物延展均匀后将零件平稳地放置在旋转的研磨盘上，双手压紧零件，并沿着研磨盘旋转方向做圆周运动进行研磨。待一定时间后研磨完毕，取下零件并进行清洗及测量。测量时若发现零件的研磨状态未能达到图纸规定的技术要求，则需重新研磨，直至满足图纸要求。

研磨时零件常出现的问题有：

（1）零件局部点凹陷：使用平台塞尺法检查零件研磨质量时，发现零件存在有规律的局部点凹陷，图纸规定的塞尺可以通过零件与平台的接合面；

（2）零件研磨面与其他表面的平行度较差：使用三坐标等方法检查零件研磨质量时，发现零件存在较明显的倾斜现象，研磨后的表面与其他基准面间的平行度超差；

（3）部分零件研磨不到位，出现欠研磨现象：使用着色法检查零件研磨质量时，发现部分零件着色面积不达标。

经过现场大量验证与分析发现，造成以上问题的主要原因有：零件在研磨的过程中，受到的压紧力不均匀，有压紧的部位研磨量大，无压紧的部位研磨量小。每个零件的具体研磨时间往往为操作者的经验值，该经验值虽然能滿足大部分零件的研磨要求，但对个别研磨前状态较差的零件，没能起到足够的校正作用，因而导致该类零件出现欠研磨现象。

2.优化方案的制定

通过上述分析可知，造成研磨后的零件质量不稳定的因素归纳起来主要有以下3点：

（1）零件研磨过程中所受的压紧力分布不均；

（2）每个零件在研磨时所受的压紧力大小不固定；

（3）每个零件的研磨时间不固定。

1.优化研磨压紧工装

本试验新工装设计时采用了6点压紧结构，该结构在工装自重的作用下将压紧力均匀地施加在各个脚点上，进而实现了零件的均匀受力，该工装在砝码的重力作用下，将压紧力均匀施加在4个脚点上。由于是点受力，即便零件上端面平面度状态不好，也不影响研磨时零件的均匀受力。

2.优化研磨压紧力

压紧力的大小可以通过放置在夹具上的砝码数量来进行调整。针对相同零件，在相同的研磨时间下，调节工装上砝码的数量，观察不同压紧力下零件的研磨质量，从而得到最优压紧力。

3.优化研磨时间

与优化压紧力的方法相似，针对相同零件，在相同的压紧力下，调整零件的研磨时间，观察不同时间下零件的研磨质量，从而得到最优研磨时间，如图1所示。

4.优化方案的实施

此次试验所使用的压紧工装自重1.5kg，试验时以不加配重、增加2.25kg砝码、4.5kg砝码三组重量数据，以30s为时间间隔进行多条件研磨对比试验。每种条件下研磨10个零件，研磨后记录零件的平面度、与基准面的平行度以及着色面积，取其平均值作为该条件下的研磨结论，进而给出研磨质量的综合评价。

通过上述几组数据对比分析发现：

（1）由于零件受到均匀压紧力，研磨后的平面与基准面间的平行度能够保证在一个合理范围内；

（2）压紧力相同时，随着研磨时间的增加，零件研磨质量越好，研磨状态越稳定；

（3）研磨时间相同时，随着压紧力的增大，零件研磨质量越好，研磨状态越稳定。

由于目前研磨操作还依然依靠操作者手工来完成，在得到较好研磨状态的同时，还要综合考虑零件的加工效率及操作者的劳动强度等因素。

综合以上原因，针对此次试验所使用的零件得出：该零件在使用夹具、配重2.25kg、研磨时间2.5min的情况下零件的研磨状态最为理想。为进一步验证该结论，现场选取30件零件在该条件下进行研磨，其研磨效果均能满足图纸技术要求。

结语

铝合金薄壁环形件研磨过程中虽然会面临诸多问题，但通过合理地优化压紧工装，选取适当的压紧力及研磨时间，就能够有效地控制零件的研磨质量。同时，利用此次对比试验的方法，也能为其他结构件的研磨提供验证思路，确定不同零件的最优研磨条件，为今后研磨工艺的发展奠定基础。

参考文献

[1王金凤.薄壁铝合金的高速切削工艺研究[J].切削技术，2006（10）：21-24.

[2]何永利，段虹，王仲民.铝合金高速切削表面粗糙度的试验研究[J].机械设计与制造，2006（1）：117-118.endprint