鋁（lǚ）合金小（xiǎo）型模鍛（duàn）件角盒的加（jiā）工方案

研究（jiū）了小型模（mó）鍛件角盒的加（jiā）工方案，從難點分析、方（fāng）案設計、工藝準備、加工工藝等方麵進行了綜合論述。通過選擇（zé）合（hé）適的數控（kòng）設備和裝夾方式，製定數控加工路線（xiàn）和難點解決方案，實現優質高效的數（shù）控批量加工（gōng）。

1前（qián）言（yán）

在航空鈦合金加工領域，70%以上的小零（líng）件(定義為輪（lún）廓最大尺寸≤200mm)采用模鍛技術製成毛坯。如何用先進的數控加工（gōng）代替陳舊的常規加工，實現（xiàn）小型模（mó）鍛件的高效率、高質量數控加工（gōng），已成為當前鈦合金（jīn）加工（gōng）麵臨的主要問題。

2模鍛件的結構分析和技術要求

2.1模鍛件的結構分析

圖1所示（shì）模鍛件（jiàn）的最小餘量為左輪廓，約為4mm與樣板對比後。最（zuì）大餘量在內（nèi）形底角，對比部分數模測量約22mm。模鍛件拔製角度為8°，端部留量（liàng）為上下4 ~ 12 mm。餘量不（bú）均勻，屬於典型的不規則模鍛件。

2.2零件（jiàn）的技術要求

零件材料為TA15 M，外形尺寸為64mm×152mm×44mm。腹板兩側為（wéi）雙曲麵，厚度分別（bié）為3.1 ~ 3.25毫米和2.1 ~ 2.2毫（háo）米；分別是；邊（biān）緣厚度分別為2mm、3mm和4mm。除4mm處公差為0.15mm外，其他公差均為0.12mm，是典型的薄壁角盒零件。

2.3零件的結構（gòu）可製（zhì）造性分析

零件的結構可製造性分析是指在滿足使（shǐ）用要求和設計要求的前提下，分析加工製造的可行性和經濟性的過程[1]。該零件的（de）結構可製造性分析如下。

1)內槽與凸緣之間（jiān）的轉角和內槽與腹板之間的底角決定（dìng）了刀具的選擇，將直接影（yǐng）響零件的（de）加工工藝。如圖2所示，零件底角和拐角的尺寸有R4mm和R8mm兩種規格，拐角也有R4mm和R8mm兩種規格。由於邊角（jiǎo）和底角的規格不統一，不可能用單一規格的刀具（jù）完成（chéng）精加工。在後續的工序安（ān）排中，刀具的選擇要結合加工方案充分考慮。

2)零件形狀有很多（duō）雙曲（qǔ）麵，腹板（bǎn）有尖角，三坐標加工困（kùn）難。即使通（tōng）過編程指令實現加工，零件的表麵質量（liàng）也比較差，加工效率也會受到影響（xiǎng）。且零件局部厚度< < 3mm，屬於薄壁零件。與三坐標（biāo）線切割相比（bǐ），五坐標擺刀加工能更好地保證零件的厚度要求，在後續設備選型時應充分考慮。

3)毛坯結構應便於夾緊和加工。通過分析角盒毛（máo）坯的特點，發（fā）現兩邊餘量不均勻，高邊的輪廓餘量為4 ~ 12mm，預留的加工凸台至少需要3mm(壓點位置)加上用於切割凸（tū）台的刀具直徑值。顯然空白邊不符合預留boss的條件。如果使用壓製件進（jìn）行（háng）加工，在加工過程中需要（yào）多次移動壓板，以避開銑刀。而零件自重較小，多次移動壓（yā）板夾緊必然導致零件（jiàn）移動，嚴重影響零件的（de）加工穩定性，存在較大的安全風險。觀察毛坯，不屬於典型的方形或六邊形零件，用（yòng）虎鉗（qián）加工的可能性（xìng）極低。因此，隻能通（tōng）過修改鍛造模型或焊接添加劑來增加工藝耳片，實現（xiàn）穩定、便捷的裝夾加工，並充分考慮後續裝夾方式的選擇。

3數控加工路線

根據零件（jiàn）的技（jì）術要求和結構特點分析，本（běn）著機床周轉次（cì）數最少、加工（gōng）工（gōng）序最少的原則，選擇五軸立式加工（gōng）中心進行加（jiā）工，這樣可以約束整個（gè）加工過程在同一台機（jī）床上完成，通過前後工位的工序安排，實現（xiàn）所有零件的（de）數控加工，最（zuì）大限度地減少裝夾和周轉次數，更好地保證零件（jiàn）的尺寸精度，提高整體效率。

按照“先麵後孔、先粗後精（jīng）、先主後次、先基”的原則，初步製定了角盒零件的數控加工工藝流程，如表1所示（shì）。

4工藝難點及解決方案

圍繞數控加工（gōng）路線和零件結構的工藝性分析，確定加工（gōng）細節，主要內容如下。

1)工藝準備階段主要解決夾緊定位問題，創新氬弧焊增加夾緊定位用凸台。

在選擇焊接方法和焊（hàn）片（piàn）結構（gòu）時，主要考慮焊（hàn）縫強度和熱影響區兩個因素。在（zài）滿足強度要求的情況下，工藝耳片（piàn）的厚度應盡可能小，以便於後續切割。角盒零件的外形尺寸小於250毫米。根據之（zhī）前焊接試驗的結論，設置兩個10mm厚的工藝吊耳即可滿足強度要求。根據現場夾具（jù）尺寸（cùn），一般為50mm，基準孔直徑加上切掉吊耳的刀具直（zhí）徑約為30mm，吊耳尺寸為50mm×35mm×δ10mm。工藝耳片采用單邊V型（xíng）坡（pō）口，坡口深度4mm，焊接電流100A，此時10mm的工藝耳片可以完全焊接，零（líng）件側麵熱影響區約3.5 ~ 4.2 mm，毛坯餘量滿足（zú）要求。焊接形式（shì）如圖3所（suǒ）示。由於工藝焊片（piàn）的位置精度要求（qiú）低，手工氬弧焊操作（zuò）簡單，是焊片焊接的首選。

通過增加工藝凸（tū）耳（ěr），在（zài）凸耳上鑽兩個φ12mm的基準孔，可以滿足數控加工中一麵兩孔快速裝夾（jiá）定位的要求。而且每道工序隻需一次（cì）裝夾（jiá）即可完成加工（gōng），有效保證了零件的（de）尺寸（cùn）精度和表麵質量。焊（hàn）接（jiē）凸台如圖4所示。

2)粗加工主要（yào）是去除多餘餘量（liàng），對表麵質量和尺寸精（jīng）度要求較低，為了減少刀具損耗，保持機床穩定，主要利用銑削[2]；半精加（jiā）工（gōng）的目的是去除粗銑後的殘渣，去除大量的（de）局部邊角，盡量保證均勻的精加（jiā）工餘量，判斷零（líng）件的變形和裝夾是（shì）否合格（gé）。精加工的（de）目的（de）是按照（zhào）設計要求（qiú）將所有尺寸加工到位，同（tóng）時保證（zhèng）零件的加（jiā）工表麵質量達到最佳水平。在切割過程中容易造成劃痕（hén）和刀口，所以必須控製加工速度，低（dī）速進行[3]。根據以上原則，角盒零件（jiàn）數控加工（gōng）過程中的刀具（jù）排列和加工策略如表2所示。

根（gēn）據（jù）上述分析方案，粗銑采用Z向分層策略。因為零件的輪廓尺寸小，餘量小，所以可以直接用φ20mm的刀具進行粗銑，和大直徑刀具的粗銑效率相差無幾，而且後期不（bú）用清理邊角，提高了加工效率。針對內角和底角有R8mm和R4mm規格的（de）問題，用D20R4刀（dāo）具精銑，再用D8R4刀具切削（xuē）修複R4mm角和R8mm底角，達到零件完全數（shù）控加（jiā）工的目的（de）。對（duì）於雙（shuāng）曲麵結構，采用線切（qiē）割策略（luè）加工到位，殘留高度設置為0.01mm，滿足表麵粗糙度值RA = 3.2 μ m的設計要求（qiú）。

5結束語

在RAMMATIC 1001五軸立式加工中心上（shàng）完成了角（jiǎo）盒零件的數控（kòng）加工，體現了（le）五軸聯動加工的優越性。通過創新性地使用焊接工藝耳片的裝夾方（fāng）式，完（wán）美實現了（le）小型模鍛件在數控加工中的快速定位和裝夾（jiá）。後續刀具、編程策略和加工順序的合（hé）理（lǐ）安排和選（xuǎn）擇，實現了穩定、優質（zhì）、高效的加工，對類似零件的數控加工（gōng）具有一定的借鑒意義。