鋁合金小型模（mó）鍛件角盒的加工方案（àn）

研究了小型模鍛件角盒的加工方案，從難點分析、方案設計、工藝準備、加工工藝等方麵進行了綜合論述。通過選擇（zé）合適的數控設備（bèi）和裝夾方（fāng）式，製定數（shù）控加（jiā）工（gōng）路線和難點解決方案，實現優質高效的數控批量加工。

1前言

在航空鈦合金加工領域，70%以（yǐ）上的小零件(定義為輪廓最大尺寸≤200mm)采用模鍛（duàn）技術製成毛坯（pī）。如何用先進的數（shù）控加工代替陳舊的常規加工，實現小型模鍛件的高效率、高質量數控加（jiā）工，已成為當前鈦合金加工麵臨的主要問題。

2模鍛件的（de）結構分析和技術要求

2.1模鍛件的結構分析

圖1所（suǒ）示模鍛件的最小餘量為左輪廓（kuò），約為4mm與樣板對（duì）比（bǐ）後。最大餘量在內形（xíng）底（dǐ）角，對（duì）比部分（fèn）數（shù）模測量約22mm。模鍛件拔製角度為8°，端部留量為上下4 ~ 12 mm。餘量不均勻，屬於典型的不規則模鍛件。

2.2零件的技（jì）術要求

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

2.3零件的（de）結構可製（zhì）造性分析（xī）

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

1)內槽與凸緣之間的轉角和（hé）內槽與腹板之間的底角決定了（le）刀具（jù）的選擇，將（jiāng）直接（jiē）影響零件的（de）加工工藝。如圖2所示（shì），零件底角和拐角的尺寸有（yǒu）R4mm和R8mm兩種（zhǒng）規格，拐角也有R4mm和R8mm兩種規格。由於邊角和底角的規格（gé）不統一，不可能用單一規格的刀具完成精加工。在（zài）後續（xù）的工序安排中，刀具的選擇要（yào）結合加工方案（àn）充分考慮。

2)零件形狀有很多雙曲麵，腹板有尖角，三坐標加工困難。即使通過編程指令實現加工，零件的（de）表麵質（zhì）量也比較差，加工效率也（yě）會受到影響。且零件（jiàn）局部厚度< < 3mm，屬於薄壁（bì）零件。與三坐標（biāo）線切割相比，五坐標擺刀加工能更好地保證零件的厚（hòu）度（dù）要（yào）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（hé）加工。通過分析角盒毛坯的特點，發現兩邊餘量不（bú）均勻，高（gāo）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（qiē）割凸台的刀（dāo）具直徑值。顯然空白邊不符合預（yù）留boss的條件。如果使用壓製件進行加工，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，多次移動壓板夾緊必然導致零（líng）件移動，嚴重（chóng）影響零件的加工（gōng）穩定性（xìng），存在較（jiào）大的安全風險。觀察毛坯，不屬於典型的方形或六邊形零件，用虎鉗（qián）加工的可能性極低。因此，隻（zhī）能通過修改（gǎi）鍛造模型或焊接添加劑（jì）來增加工藝耳片，實現穩定、便捷的裝夾加工（gōng），並充分考慮後續裝夾方式的選擇。

3數控加工路線

根據零件的技術要求（qiú）和結構特點分析，本著機床周轉（zhuǎn）次（cì）數最少、加工工序最少的原則，選擇五軸立式加工中心進行加工，這樣可以約（yuē）束整（zhěng）個加工過程在同一台機床上完成，通過前後工位的工序安排，實現所有零件的數（shù）控加工，最大限度地減少（shǎo）裝（zhuāng）夾和周轉（zhuǎn）次數，更好（hǎo）地保證零件的尺寸精度，提高整體效率。

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

4工藝難點及（jí）解決方案

圍繞數控加工路線和（hé）零件結構的工藝性（xìng）分（fèn）析，確定加工（gōng）細節，主要內容如下。

1)工藝準備（bèi）階段主要解（jiě）決（jué）夾緊定位問題，創（chuàng）新氬弧焊增加夾緊定位（wèi）用凸台。

在選擇焊接（jiē）方法和焊片結構時，主要考慮焊縫強度和熱影（yǐng）響區兩（liǎng）個因素（sù）。在滿足強度要求的情況下，工藝耳片的厚（hòu）度應盡可能小，以（yǐ）便於後續切割。角盒零件的外形尺寸小於250毫米。根（gēn）據之前焊接（jiē）試驗的結論，設置兩（liǎng）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，一般（bān）為50mm，基準孔直徑加上切掉（diào）吊耳的刀具直（zhí）徑約為30mm，吊耳尺寸（cùn）為50mm×35mm×δ10mm。工藝耳片采用（yòng）單邊V型坡（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，零件側麵熱影響區約3.5 ~ 4.2 mm，毛坯餘量滿足要求。焊接形式如圖3所示。由於工藝焊（hàn）片的位置精度要求低，手工氬弧焊操作簡單，是焊片焊接的首選。

通過增加工藝凸耳，在凸耳上鑽兩個φ12mm的基準孔，可以（yǐ）滿（mǎn）足數控加工中一麵兩孔快速裝夾定位的要求。而且每道工序隻需一（yī）次裝（zhuāng）夾即可完成加工，有效保（bǎo）證了零件的尺寸（cùn）精度和表麵質量（liàng）。焊接（jiē）凸（tū）台如圖4所示。

2)粗加工主要是去除多餘餘（yú）量，對表麵質量和尺寸精度要求較低，為了減少刀具損耗，保持機床穩定，主要利用銑削[2]；半精加工（gōng）的目的是（shì）去除粗銑後的殘渣，去除大量的局部邊角，盡量保證均勻的精加工（gōng）餘量，判斷零件（jiàn）的變形和裝夾是（shì）否合格。精加工的目的（de）是（shì）按照設計（jì）要求將所有尺寸加工到位，同時保證零件（jiàn）的加（jiā）工表麵質量達（dá）到最佳水平。在切割過程中容易造成劃痕和刀口，所以必須控製加工速度，低速進行[3]。根據以上（shàng）原則，角盒零件數控加工過程（chéng）中的刀具排列和加工策略如表2所示（shì）。

根據上述分析方案，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（jiē）用φ20mm的刀具進行粗銑，和大直（zhí）徑刀具的粗銑效率相差無幾，而（ér）且後期不用清理（lǐ）邊（biān）角，提高了（le）加工效率。針（zhēn）對內角和底角有R8mm和R4mm規格的問題，用D20R4刀具精銑，再用D8R4刀具切削修複R4mm角和R8mm底角（jiǎo），達到零（líng）件完全數控加（jiā）工的目的。對於雙曲（qǔ）麵結（jié）構，采用線切割策略（luè）加工到位，殘留高度設置為0.01mm，滿足表（biǎo）麵粗（cū）糙度值RA = 3.2 μ m的設（shè）計要求。

5結束語

在RAMMATIC 1001五軸立式加工中心上完成了角盒零件的數控加工，體現了五（wǔ）軸聯（lián）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式（shì），完美實現了小型模鍛件在數控加工中的快速定位和裝夾。後續刀（dāo）具、編程（chéng）策略和加工順序的合理安排和選擇，實現了穩定、優質、高效的加工，對類似零件（jiàn）的數控加工具有一定（dìng）的借鑒意義。