薄壁工件铣削工艺分析与加工探究

广东封开县中等职业学校 李智威

机械制造业是国民经济的基础产业，它的发展直接影响到国民经济各部门的发展，也影响到国计民生和国防力量的加强，因此，各国都把机械制造业的发展放在首要位置。薄壁工件因为具有工件结构比强度高、相对重量轻等优点，已日益广泛地应用到航行工业、电子工业等行业。但薄壁工件的加工去除率多，有的甚至占90%，薄壁工件壁薄、刚性差、强度弱，在加工中极易变形，不易保证零件的加工质量。如何提高薄壁工件的加工精度将是人们越来越关心的话题。

在薄壁工件的加工过程中，影响切削加工的因素有：加工材料的切削性能，加工方法，刀具材质，刀具几何形状，刀尖R角与表面粗糙度，切削条件，切削力，切削液，断屑槽，切屑，机床刚性等。我们发现不合理的切削用量参数会引起弹性变形，扭曲变形以及颤振会影响工件加工精度和表面质量。因此，加工中需要解决的主要问题是控制和减小变形、提高加工精度，在此基础上，希望尽可能提高切削效率、缩短加工周期。

1.工艺性分析

铝合金垫压封口工件工程图，截面尺寸270mm×146.65mm,厚30mm，工件均匀分布11条横向隔栅，厚度均为2mm，高15mm，沟槽宽度为11mm。隔栅的形状和位置尺寸精度±0.03mm，表面粗糙度要求较高，为Ra1.6。该垫压封口工件由铝合金板整体加工而成，是高精度、薄壁、沟槽类零件，具有薄壁、高精度、低刚性特点。

2.制造工艺技术

本文的重点是探讨论工件材料、刀具及机床三者的特性及它们相互关系，进行材料铣削加工参数与工艺的选用。

（1）工艺流程设计

针对铝合金垫压封口工件制造工艺性，我们设计了加工工艺流程，加工分粗、精加工两个阶段进行，以保证精度和表面粗糙度要求。同时根据工件的结构特点，工件都为卧式放置，以底面A定位，设置工艺孔进行，采用两孔一面定位，两个工艺孔设置在工艺凸台上，定位状态较好。减少装夹次数，提高装夹刚度以满足垂直度要求，可大大的缩短加工周期，提高加工效率，降低加工成本。

（2）确定加工顺序及进给路线

加工薄壁零件的关键在于切削过程的稳定性。大量的实验工作证明, 随着零件壁厚的降低, 零件的刚性减低,加工变形增大, 容易发生切削振颤，影响零件的加工质量和加工效率。J. Tlusty等人提出了充分利用零件整体刚性的刀具路径优化方案。

铣削方向的决定：采用逆铣时，切削由薄变厚，刀齿从已加工表面切入，对铣刀的使用有利。逆铣时，当铣刀刀齿接触工件后不能马上切入金属层，而是在工件表面滑动一小段距离，在滑动过程中，由于强烈的磨擦，就会产生大量的热量，同时在待加工表面易形成硬化层，降低了刀具的耐用度，影响工件表面光洁度，给切削带来不利。

（3）切削用量参数设计

合理切削用量参数的选择，不仅确保薄壁工件加工的精度，而且是机床发挥效能、处于最佳工作状态的保证。因此切削量要根据机床刚性、刀具直径、刀具长度、工件材料、粗加工或精加工模式而定。

铣削力对刀具变形、工件变形、刀具寿命、加工表面质量均有重要影响,是计算切削功率,设计和使用机床、刀具、夹具和优化加工工艺不可缺少的依据,并直接影响切削热的产生。由于缺乏精确的切削力信息,在生产车间实际加工中通常采用较保守的加工条件,致使加工效率降低和生产成本提高。

①切削功率计算公式

刀具性能也直接影响了加工工件的精度。刀具材料选择必须耐磨、抗冲击能力好（包括热冲击与力冲击）、硬度高、与工件材料亲和力小；另外必须根据工件材料和加工性质来选择；一般情况下，主轴转速超过4500r/min后，不使用高速钢刀具，多采用硬质合金刀具；硬质合金刀具具硬度高，耐磨性好，耐热性高，允许的切削速度比高速钢高数倍，提高了加工效率，但其强度和韧度均较高速钢低。我们采用的是直径是8mm的钨钢铣刀，它的切削速度为90—170m/min。

②切削力对工件变形影响

在加工过程中，切向铣削分力Fz是消耗功率的主要铣削力，径向铣削分力Fy作用在铣刀的半径方向上，主要使刀杆弯曲变形；工件所受的铣削分力来自走刀抗力FH，垂直铣削分和轴向铣削分力Fo，精加工时，本工件变形主要受走刀抗力FH的影响，因此工件的变形情况主要计算走刀抗力FH就可以了。由切削功率的简化公式Pc=FzVc×10-3，其中Fz为切削力，Vc为切削速度，可得：

由此可见，在本工件采用的切削用量参数对薄壁变形的影响很小，可以采用。

（4）切削液对加工质量影响

铣削加工会产生的大量热能，切削液能降低工件温度，减小工件的热变形，控制残余应力和微观裂纹的产生。在进行开粗加工时，高速切削，切削液强劲的冲击铣刀，没有被铣刀甩出去的残屑滞留在铣刀的容屑槽里,这时只有靠切削液的冲击来完成对残渣的及时清理。

通过采取上述的工艺措施和工艺手段，如铣削时的工序安排、走刀路线、切削参数优化、装夹方式等，加工出的零件可以满足设计要求。实践证明，上述工艺流程，可以大大的缩短上述薄壁零件的保证加工精度，降低加工成本。

对于高精度薄壁、沟槽类零件，实现高效、高精度加工，本文主要讨论根据机床采用合理铣削加工技术，合理的工艺措施，如如工序安排、走刀路线、合理的切削用量参数等。