典型薄壁管道零件的加工

吴晓萍 苏琳 周沛

摘 要： 该零件属于异形薄壁类零件整体加工的典型件。零件材料LY12CZ，零件壁厚2mm。以往类似形状的零件材料为1Cr18Ni9Ti，采用钣金件加工方法加工零件，工艺人员将零件进行拆分，形成各个分割件，然后编程进行分割件激光切割，钳工分割件单件成形后，氩弧焊点焊定位，校形，满焊成零件。此批零件要求为整体结构件，分析零件结构，加工存在以下难点：一是零件各个面为曲面，无加工基准；二是如何控制薄壁加工中的变形；二是零件外形及内腔形状呈均匀壁厚管道状，如何进行零件内外形的加工，如何保证管路内腔圆滑过渡。这三点是文中研究的关键点。

关键词： 异形零件；工艺台；编程坐标系

前言：零件结构如图1、图2所示，它不存在任何平面，壁厚2㎜，是异形薄壁类管道零件整体加工的典型件。零件材料LY12CZ，零件各个面为曲面，无加工基准，零件外形及内腔形状呈均匀壁厚管道状，如何进行零件外形、内形的加工，如何保证管路内腔圆滑过渡，如何控制加工中的变形。以下将从三方面介绍此零件的加工。

1加工工艺思路

1.1 零件加工设备的选择

零件各个面呈曲面状，三轴数控机床加工，需要翻转各个加工面，五轴设备依据主轴转动的优势，不需要过多的翻转加工面，从加工经济性分析，如果选择五轴数控机床加工，加工费用是三轴设备的3倍，零件加工成本高，综合分析选用三轴数控机床加工。

1.2 零件加工毛坯设置

数控编程毛坯设置两个一致，一是需保证编程设置的毛坯和实际加工的毛坯一致，二是零件在毛料上的位置与编程界面位置设置一致。

零件毛料设置首先将能包住零件轮廓的生料设置出来，如所示，包住零件轮廓尺寸为：135㎜×134㎜×173㎜，再根据加工工艺思路中工艺加工的设置将零件毛料尺寸扩大至：150㎜×150㎜×234㎜。编程时选择弯度较小的面与处理后的毛料的一个平面平行，作为零件加工的第一个基准面。

1.3 加工工位

本次编程共设六个工位，每个工位对应一个加工坐标系，多方位的加工得到所需的零件。

2 零件加工

2.1 加工工位1

分粗、精两步加工，上表面对刀，D20R3铣内腔，零件面预留0.6㎜，轴向最大切深0.6㎜。由于这个零件加工到最佳状态，目前三轴铣床需装夹的次数较多，故在第一次装夹拉直好后先铣一个角，方便后续加工的区分。模拟程序中发现内腔深度较大，比较容易蹭刀杆，故采用分层加工，将蹭刀杆的部位多留余量。

2.2 加工工位2

沿工位1的X轴逆时针旋转90度进入工位2，底面对刀，进行斜平面的加工，为下一个工序做准备。在加工过程中由于刀杆不够长所以采用上下分中，一半一半进行加工，最后铣一个基准孔，并插入轴系3，要求Z轴垂直于斜平面。

2.3 加工工位3

采用虎钳装夹进行加工（如图4所示），注意拉直斜平面并确保斜平面平行于工作台面，分粗、精两步加工，首先等高降层粗铣D20R3铣内腔，粗加工排量，预留1㎜，然后等高线精加工。

2.4 加工工位4

加工设定4：接工位3的精加工，因在工位3的坐标下通风组件的脖颈处弯度较大的部分避角，加工不到，故更换装夹方式，更换坐标系对其单独加工，采用等高线工具编程，坐标系位置及加工部位。

通风组件内腔铣削到这里基本结束，接下来开始外形铣削，因其整个外形均为曲面，考虑到装夹，将其均分成两部分分开加工，具体见加工设定5和加工设定6。

2.5 加工工位5

加工设定5：外形铣削，同样的粗加工、精加工两步，首先D20R3等高降层粗铣，轴向最大切深0.7㎜，零件面预留1㎜，检查面预留1㎜，其次D20R5引导切削精加工，轴向最大切深1㎜，切层数目1层，零件面预留0.2㎜，检查面预留0.2㎜。内形加工完成后，如图11填充石膏，目的是避免加工外形的冲击对管道壁厚的影响，石膏中间加合适芯棒，底座外形则用曲面等参数线行切加工，如图3所示。

2.6 加工工位6

即将未加工的另一半外形进行加工，和工位5的均相同，不过需要更改坐标系。

2.7 去除工艺台

零件加工最终工序为钳工去除工艺台，工艺台去除后抛光打磨工艺台与零件接触面，保证抛光打磨处粗糙度满足零件加工要求。

3 结论

零件加工过程变形的控制方法，通过工艺预测和加工变形的积累确定变形量。薄壁类零件最重要的是加工变形的控制。通过工艺平台位置的设置，合理释放零件的内应力。零件各个面加工的先后顺序也是薄壁零件工艺员考虑的关键点。加工程序用VERICUT进行仿真，确保程序的正确，最终保证零件的合格交付。此典型零件的加工工艺思路，在同类型零件加工中具有推广的意义。

参考文献

[1]蒋建强.数控编程技术200例.北京：北京希望电子出版，2004.

[2]王荣兴. 数控铣削加工实训.上海：華东师范大学出版社，2008.