大尺寸薄板零件加工技术的研究

[摘 要]分析并解决了机械加工大尺寸薄板零件时常出现的一些问题，积累了一些加工这类零件的加工经验，总结出一套适合我们现有设备的加工方法。

[关键词]大尺寸薄板零件；加工变形；铣；磨；校平

中图分类号：THl6 文献标识码：B 文章编号：1009-914X（2014）15-0396-01

前言

很多机器设备的面板，基板等零件由于尺寸较大，平面精度要求高，还要考虑重量等因素，设计人员在设计时往往设计为薄板零件。薄板零件由于太薄，机械加工时很容易变形，平面度不能保证，增大加工难度。

1. 零件分析及工艺制定

我厂加工过的一个零部件，其轮廓尺寸924×490，厚度13，属于大尺寸薄板零件。材料为不锈钢1Cr13，数量30件。根据零件特点制定加工工艺步骤如下：

下料―去应力退火―校平―铣两平面―磨两面成―铣四边轮廓―钻中心孔―钻孔攻丝―检验

2. 加工工艺实施

2.1下料工序由焊工完成，选161Cr13不锈钢板材为原料，采用氧气―乙炔气割方法，单边留加工余量5。

2.2板材下料完成后，会有一些表面应力，气割部位也会硬度升高，不利于加工，所以需要进行去应力退火。退火炉为台车式电阻炉，最高温度：950℃ 功率：105KW。零件在装炉以前首先在炉内放置一块厚钢板，厚度60，尺寸1000×600，形成一个平台，再将工件放置在此平台上，防止工件出现较大的变形。采用的退火参数为炉温升高到760℃，保温2个小时，保温后以冷却速度80℃/h冷却到500℃后空冷。采用此参数退火后，工件氧化皮较轻，损耗不大，更主要是变形较轻微。为后面的加工创造了良好的加工基础。

2.3零件在加工以前，要先进行变形情况的检查。经检查发现所有变形都是沿长轴轴线弯曲变形，如图1所示，变形量在1-5。根据零件厚度余量情况，将变形量超过2的零件进行冷态下的校平，校平方法如图2所示，即将薄板沿长轴轴线向相反的方向弯曲。具体操作过程是用一根圆棒料置于薄板中线，垂直于长轴方向，圆棒料长度大于薄板短轴长度，然后在薄板的长轴两端施加压力，使薄板向反方向弯曲，保持一定时间后松开。经过对这些零件的校平，总结出变形量和圆棒料的直径有一定关系，见表1

2.4零件经过冷校平就可以铣削上下平面了，板料厚度是16，成品是13，总的加工量是3，考虑为磨床留出0.5磨量，铣削加工后零件厚度为13.5，铣削工序加工量为2.5，即单面1多点，只用精加工即可。将工件两面分为A面和B面，首先将A面向下放置于机床工作台面上，用压板将工件夹紧固定牢固，加工B面，见光即可。然后翻面以B面为基准加工A面，至A面出现新面；然后再翻面以A面为基准加工B面，至工件厚度为13.5。我们称这种方法为“两面三刀”法，此方法虽然效率不高，但它能有效控制工件的加工变形。为了提高铣削效率，刀具选用直径160可转位密齿面铣刀，机床为立式数控加工中心铣床，铣削参数为主轴转速150转/分钟，机床进给140/分钟，每刀铣削宽度140。加工过程中需避让压板，压板处要手动清除，这是影响加工效率的主要因素。经过铣削后的工件表面质量基本良好，有深度0.1左右鱼鳞状振刀纹，在手动铣削压板处会有深度0.1-0.2的过切现象，这些都可以在后序磨削时消除。

2.5因我厂没有大行程的平面磨床，所以选用的是立式圆台磨床，最大磨削直径：1200 高度：400。立式圆台磨床磨削表面质量比平面磨床要差些，磨后表面粗糙度Ra值可达1.6-0.4um，完全可以保证0.1的零件平面精度要求。磨削两面时首先将两面中质量较好的一面向下放置于磨床台面上（如果不平，用塞尺垫平），对另一面进行磨削加工，加工至出现新面即可，然后反面，将磨好的一面做基准面磨另一面，磨至厚度130.1成。

2.6铣四边轮廓选用立式数控加工中心，刀具选用四刃镶硬质合金立铣刀，刀刃直径35，刃长100，硬质合金牌号为K30。铣削轮廓需要用到垫铁将工件支撑，这样铣轮廓更方便，工件轮廓单边余量5，分粗-精两遍加工，粗加工留0.2余量，精加工将轮廓尺寸铣成。铣削参数为主轴转速180转/分钟，机床进给60/分钟，采用顺铣的方式，这样能够更好地保证已加工表面的光洁度与刀具的使用寿命。

2.7该零件有螺纹孔、螺丝过孔和沉孔，孔的尺寸公差要求不高，但是孔和孔位置尺寸要求较高，根据这个特点，决定采用在数控机床上加工中心孔，摇臂钻床钻孔的方法，这样既保证了精度要求，又能提高生产效率。钻孔攻丝工序简单，不再赘述。

3. 生产过程中易出现的问题

决定此零件生产能否成功的关键工序是铣面和磨面工序，这两道工序也是出问题最多的两道工序，问题基本都与变形有关，所以整个生产过程就是如何能有效控制好零件的变形， 从退火工序就开始控制，将保温温度定在760℃，而不是850℃或更高的温度，以防温度高导致不可预知的变形，增大生产风险。该零件材料为1Cr13，有一定的弹性，在铣削和磨削加工工序对工件进行紧固时，不能简单的夹紧，应先用垫片或塞尺将工件垫平，防止强行将不平的工件压平，加工完工件后松开压板工件又弹回，变形不能消除。磨削后的几道工序，要注意对零件上下表面的防护，防止磕碰划伤现象的发生。

4.结语

4.1.本文中铣面工序的装夹方法还有进一步优化的可能，如果能采用一种从下面通过某种装置产生磁力将工件固定牢固（类似磨床固定工件的方法），那么铣面工序加工效率就会明显提高 。

4.2.根据工件在各个工序时的变形量，可以发现变形量呈逐渐衰减的趋势，但这种趋势却在减弱，说明随着加工工序的推进，提高平面度的难度会越来越大，所以我们在制定加工工艺时，要根据零件的具体要求选择合适的加工方法，避免浪费。

参考文献

[1] 赵一善.《机械加工工艺基础》.天津大学出版社，1993.

[2] 周济，周艳红.《数控加工技术》.国防工业出版社，2002.