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铝合金的比强度(σb/γ)较高,为18~21,因而在航空产品中得到广泛地应用。薄壁零件是航空产品中较常见的一类零件,其结构通常较复杂,精度要求高。因此,研究铝合金薄壁零件加工技术具有较大的现实意义。
衬套是航空产品某重点型号关键部件中的一个轴类零件。该零件直径较大,壁薄而密封环形槽多,形位公差要求高,材料为LC4-CS。该零件的加工曾尝试过3种方案。第1种方案:先粗加工外圆、内孔,再上专用车夹精加工内孔、内环槽,最后上专用车夹精加工外圆、外环槽,外圆83.2f8与内孔78H8同轴度只能达到0.04mm~0.05mm。第2种方案:先粗加工外圆、内孔,再半精加工内孔、内环槽、外圆、外环槽,最后自制车夹精加工内孔、内环槽、外圆、外环槽,外圆83.2f8与内孔78H8同轴度只能达到0.03mm~0.04mm。从试加工情况来看,上道工序的变形影响下道工序的加工基准,从而影响最终的加工精度。第3种方案:为了减少工序间变形,在第2种方案的基础上采用工序间“开水煮”的土办法处理,效果不太明显,外圆83.2f8与内孔78H8同轴度只能达到0.02mm~0.04mm,仍不能满足设计图纸中同轴度0.02mm的要求。
与国内一些大专院校及专业厂家进行了技术交流,始终未找到有实效的加工方法,该零件的加工逐渐成为整台产品生产的“瓶颈”。
1 零件工艺分析
该零件为铝合金较大直径轴类薄壁零件,外圆、内孔精度为IT8级,3处密封环形槽精度接近IT8级,其径向圆跳动度为0.05mm,外圆与内孔同轴度为0.02mm,外圆尺寸83.2f8(-0.036-0.090),壁厚不均匀,最大壁厚2.6mm,最小壁厚1.1mm。为了批量加工出高精度合格工件,必须全面透彻地分析整个加工过程中可能出现的误差,并针对这些误差采取切实有效的措施。
该零件的加工精度取决于由机床、夹具、刀具和工件构成的工艺系统。
工艺系统静误差中,机床的主轴回转误差、导轨误差和传动误差对加工误差影响较大。精密C6150A车床精车外圆的圆度为0.01mm, 圆柱度为0.01mm/100mm,可以选用。该零件所用车刀的制造精度对加工精度无直接影响,但刀具几何参数和形状影响刀具的磨损及耐用度,间接影响加工精度。该零件因刀具本身及磨损所引起的加工误差较小,根据工件材料及加工要求,可通过正确选择刀具材料、刀具几何参数、切削用量、冷却润滑、准确刃磨等方法来控制。
夹具误差(包括定位元件、夹具体等零件的制造误差)、夹具的制造误差、在机床上的安装误差以及工件在夹具上的安装误差都会影响零件的加工精度。可采用“就地加工”的方法在机床上加工定位夹具,尽力减少夹具制造误差、安装误差和零件安装误差。
在机械加工过程中,由于切削力、夹紧力、重力、惯性力、传动力等的作用,会引起工艺系统的变形;同时,由于切削力受力点位置变化、毛坯加工余量变化和材料硬度变化,会引起工艺系统变形的变化。工艺系统的变形及其变形的变化都会产生工件的尺寸误差和几何形状误差。由切削原理可知,径向切削分力Fy和切削深度t成正比,即Fy=Ct,由此引起的工艺系统受力变形为y1=Ct1/K系统,y2=Ct2/K系统,其中K系统为工艺系统在y方向的刚度,
Δ工件= y1- y2=C(t1- t2)/K系统,
由于Δ毛坯=t1- t2,所以Δ工件=CΔ毛坯/K系统,令ε=C/K系统,则有
Δ工件=εΔ毛坯,
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