铝合金薄壁件的数控高速铣削试验研究

戴斌华

摘 要：本研究以B737-700梁间肋172A3406-2为例，对高速铣削条件下，分析结构和材料的工藝性，确定工艺方案，切削参数及主要工序分析，针对性的模拟和产品试验分析，得出薄壁铝合金结构件工艺路线应遵循原则等。

关键词：铝合金；薄壁；高速切削；工艺参数；工序分析

一、典型试件加工工艺设计分析

（一）零件的结构和材料介绍

梁间肋，产品图号：172A3406-2，材料为7075- T7351预拉伸板。产品结构：轮廓尺寸1480mmx320mmx41.2mm，其缘板厚度1.016mm，腹板厚度0.635～0.62mm，缘板与腹板之间筋条厚度1.016mm。以腹板面为界两边的型腔侧面分别是开斜面和闭斜面。

（二）零件的结构和材料工艺性分析

7075-T7351预拉伸板，抗抗拉强度572MPa，度屈服点503 MPa，延伸率10%，洛氏硬度度HRC85-94，单位力765.2N/mm，属于易削和产生积屑瘤。

零件结构刚性在精加工时明显不足，薄壁的变形和加工振颤须得到控制。工艺方案应注意减少切削力和切削热而引起的零件变形；减少刀具的磨损。

在高温高速精加工型腔侧壁，尤其是闭斜角处，刀具的振颤问题是关键。做好夹持和冷却。

1、工艺方案分析

通过粗加工、半精加工来逐渐去除余量和释放应力，并通过对腹板两面的型腔对称加工来消化吸收应力变形的影响，在一次装夹加工中先内形后外形加工。

2、切削参数及主要工序工艺分析

（1）切削参数的选择

T—刀具寿命（分钟），取T=60（分钟），

Ar—每齿进给量（mm）：精加工0.055-0.15；粗加工0.15-0.3；

A。—切削深度（mm）：精加工1-2；粗加工7-10；

Ae—切削宽度（mm）：：精加工1-2；粗加工10-D/2；

（2）主要工序工艺分析

2.1两侧缘板高度铣削

a、型腔粗铣：多层铣削减少变形，提高刀具耐用度

仅底刃和刀尖角R3及稍长部分参与切削，侧刃很少参与切削，保证侧刃较少磨损，使粗铣和精铣可用同一把铣刀完成。提高进给速度，减少刀具在零件局部停留时间，使产生的热量大部分被切屑带走，加工变形小。

通过对比试验得知：若每次A。=15mm，介500mm/分，连续加工2小时后刀具已变钝，零件表面粗糙度Ra6.3；若每次AP=6mm，f=2550mm/分，连续加工4小时刀具仍完好，零件表面粗糙度Ra3.2。

经过试验确定粗铣型腔时：铣刀直径中Φ30时AP=6-8mm；铣刀直径中Φ20时， AP≮6mm。.

b、型腔精铣：留余量0.5～lmm，一次铣削完成.

采用多层铣削，精加工余量确定为0.5～lmm。余量尽量选择一次切削完成。精加工进给速度是为了获得较小的表面粗糙度Ra值，加工效率则是第二位的。

因此对型腔强的加工，宜采用粗加工分层，快速铣削，精加工一次完成的工艺技术措施。

2.2闭斜角内形数控铣削

使用刀具Φ12.7 mm应为五坐标数控留下合适的加工余量。铣刀直径仅Φ12.7 mm，太大的余量会使铣刀产生变形，在闭角处五坐标加工刀尖应离开腹板0.25 mm避免缺肉。

（3）工艺试验及结果分析

3.1模拟试验

分别加工了三个模拟件，试验证明：

a）切削型腔和腹壁时，刀具轨迹不允许来回重复，使刀具不碰伤暂时变形的切削面；

b）粗加工采取分层铣削，让应力均匀释放；

c）下刀采用往复斜下刀方式，可以减少垂直切削分力对薄壁腹板的压力；

d）并监控刀具使用磨损，保证使用中刀具一致处于完好状态

3.2“较高速”产品模拟试验，实验结论：

a）粗加工时Af可以加大未0.2～0.3，则f还可以加快；

b）刀具设计刃层必须锋利，结构稳定，耐用度要符合工序要求；

c）走刀路线不重复，对控制在变形有力；

d）冷却要充分，并使用真空夹具有效夹持。

（三）高速切削的实践总结

高速切削加工铝合金超薄结构件梁间肋的经验，已经应用于其他整体结构数控加工之中，试验证明，只须控制在“较高速切削”状态，就可取消对这些产品的校正工序，造出变形小，表面质量高的产品。

铝合金结构件工艺路线应遵循以下原则安排：

粗加工：先内形后外形，先筋高后型腔；精加工：先外形后内形，先腹壁后转角。铣切厚度（A。）值，可选D/3-D2/，通常粗加工选7-5m m，在铣削宽度（Ap）较小情况下，铣削厚度可适当增加。铣削宽度（Ap）粗铣时选用6-10，精加工时由于铣切厚度A。值已经很小，通常为1一3nIIfl，Ap值可以加大。

根据不同零件类型和材料，对加工参数进行优化处理是必要的。优化过程的输入数据为CATIA运行之后的刀位文件CLFILE，在该文件中包含了所有数控加工的切削技术参数，经过计算机进行比较、模拟，通过切削参数数学模型，计算出机床主轴转速和进给速度，对于曲线切削和拐角处，系统随几何形状的改变而修正进给速度，防止过切。切削参数数据的建立是工艺路线正确性的基础，合理的加工顺序编排，才能使切削参数数据库发挥出优选效率。若工艺路线及加工轨迹不合理，切削参数数据也就失去意义。

参考文献：

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[2]Sehulz.S.hoek.High-SpeedMIllingofDiesandMoulds-CuttingConditionsandteelmology.AnnalsoftheCIRP，1995，44（l）：35-38

[3] 美国可切削数据中心编，机械加工切削数据手册，机械工业出版社，1989。

[4]蔡复之等，实用数控加工技术，兵器工业出版社，1995.04。