薄壁零件数控铣削加工工艺技术

薄壁零件数控铣削加工工艺技术

孙洪昌 ,阿斯哈提·努尔山 ,张馨月 ,王一帆

中国航发沈阳黎明航空发动机有限责任公司  辽宁沈阳  110000

摘要：零件结构的薄壁化、复杂化加大了零件加工难度。想要打造高质量的薄壁零件，就必须突破传统加工技术局限，摸索更加先进和适用的加工工艺。目前，针对此类零件，最为常用的是数控铣削加工工艺技术。基于此，对当下部分薄壁零件数控铣削加工状况进行研究、整理和分析，阐述了薄壁零件加工现状以及加工中的常见问题，并从材料控制、工艺流程优化、参数设置、装夹方案设计等多个方面提出一些薄壁零件数控铣削加工工艺优化策略，用以全面提升薄壁数控铣削加工水平，为相关工作人员提供理论参考。

关键词：薄壁零件；数控铣削；加工工艺；

0引言

机械制造加工产业是现代工业的基础，在推进我国现代化发展过程中发挥着不可替代的作用。在制造行业发展过程中，薄壁零件内部结构复杂，加工过程质量隐患较多，属于较高难度的加工零件类型。又由于其轻量化、薄壁化、高强度等特点，薄壁零件被广泛应用于航空航天、造船等重要领域。为了满足我国航空航天、汽车、造船等重点行业的关键性零件需求，必须加强薄壁零件加工质量控制，研发高质量薄壁零件制造阿技工技术。于是，数控铣削加工工艺应运而生。它具备加工精度高、加工速度快等诸多优点，可以有效解决薄壁零件的加工难题。然而现阶段部分企业在应用数控铣削加工工艺加工薄壁零件时仍存在一些问题如工艺流程不规范、加工参数设置不合理等，严重影响了薄壁零件加工精度和效率，甚至造成零件变形。新时期，应全面梳理影响薄壁零件加工质量的各类因素，持续完善和优化数控铣削加工工艺，积极探索提高薄壁零件加工成效的优化路径。

1薄壁零件数控铣削加工中的常见问题

薄壁零件内部结构复杂，刚度小，加工难度较大。铸成高质量的薄壁零件势必要求高精细的加工操作，倘若操作不当，就会影响薄壁零件整体加工的精准性。目前在薄壁零件数控铣削加工过程中最为常见的问题便是工件变形。工件变形的成因有许多，切削时产生的切削热和切削力、装夹力、刀具位移、下刀方式错误等都可能会造成工件变形。为了满足各个领域对于高质量薄壁零件的需求，必须及时解决薄壁零件数控铣削加工的变形问题，分析变形成因，找出对策，保证加工质量。

2薄壁零件数控铣削加工工艺优化策略

2.1强化加工材料控制

装夹过程和加工热过程中易形变是薄壁零件加工的主要难题。除了优化数控铣削加工工艺外，还可以从加工材料本身着手，分析变形成因，针对性选取抗变形能力卓越的加工材料，抵御装夹和加工热对材料的影响，防止薄壁材料在加工过程中变质。与此同时，应当充分考虑薄壁零件的应用需求，以需求为导向，选用优质的加工材料，保证薄壁零件加工精度。

2.2优化加工工艺流程

薄壁零件常被应用于航空航天、造车、造船等重要领域，其加工质量和精准度要求较高。倘若薄壁零件加工出现差错，容易导致一系列严重的后果。为了铸成高质量的符合应用需求的薄壁零件，就必须重视数控铣削加工工艺技术研发，进一步完善数控铣削加工工艺应用体系，优化数控铣削加工工艺流程，提升薄壁零件加工的整体效果。具体措施如下：一方面，应根据工件材料力学结构特点优化工艺路线。刀具切削材料过程中产生的切削热、切削力、余应力等是造成工件材料弹性变形的罪魁祸首。而工件材料的形变回弹又会阻碍走刀，影响工件加工精度。特别是一些内部结构复杂、弹性模量小、强度大的大型薄壁件，变形、回弹、让刀等问题时常发生。为了克服薄壁零件加工形变，应当根据工件材料力学特性来优化工艺路线，通过较大的夹紧力和切削用量完成粗加工作业，再在精加工环节采用热处理工序消除残余应力，尽可能减少整个过程切削力和切削热，以此保证加工品质。另一方面，采用科学的走刀策略和加工顺利，消除加工过程中的热-力耦合作用。薄壁零件切削效率和质量很大程度上取决于走刀策略。在切削过程中，材料切屑会与刀具表面剧烈摩擦，进而产生大量的切削热，同时材料的弹性和塑性变形也会持续消耗功，共同影响加工质量。想要最大程度地消除变形误差，就应当采取科学的走刀策略，选用合适的刀具，优化走刀路径，减少工件形变。在刀具选择上，刀具的涂层、结构和材料等要素与切削性能密切相关。不同刀具切削材料或同一种刀具切削不同材质的材料的结果有着的较大的差异。应根据实际加工需求调整刀具参数，以减少切削力和切削热为目标，选用具备良好强度、耐磨性、抗冲击性、抗氧化性的刀具，同时兼顾刀具的经济性和使用寿命。在走刀方式选择上，面对不同类型的薄壁零件加工，可采用针对性的走刀方式。例如，大切除量的薄壁零件适用于小切深、中进给、分层切削的方式。腹板适用于分布环切法。在加工过程中，为保证工件受力均匀，通常采用顺铣法，保持走刀平滑平稳，减少急停急转，避免刀具因突发性受力而破损。

2.3合理设置工艺参数

切削参数设置是数控铣削加工过程中的核心环节。主轴转速、切削速度、刀具直径、进给速度等各项参数的变化，会对切斜效率、加工精度、加工成本产生直接影响。在实际加工过程中，加工效率、加工品质、加工成本往往难以兼顾。因此，相关工作人员应当根据实际情况把控各类因素的平衡点，合理设置工艺参数，获得理想的加工效果。在决定切削参数时，首先要确定铣刀切削速度、主轴直径等信息，然后按照参阅手段指导要求选择相应的铣刀每齿进给量，再将铣刀刃数代入相关公式，可以计算出刀具的进给速度。除此之外，粗加工的目的在于快速去除毛坯材料。而精加工时要求切削状态稳定，最大程度地减少工件所受的切削热、切削力和残余应力。针对粗加工、精加工两者加工情况，可以分别采用“大铣削用量、大进给速度、大切深、大直径刀具”以及“高转速、小切深、中进给、小直径刀具”两套参数。

2.4科学设计装夹方案

装夹力是引发工件形变的另一大因素。倘若装夹方案设计不科学，在装夹力作用下，工件容易产生位移，进而出现“过切”和“欠切”问题，影响工件加工精度。为了有效控制几何误差变形，需根据加工工件的结构特点和加工技术要求科学设计装夹方案，正确分析工件加工过程的受力状态以及变形趋向，精准定位工件中的易形变点，然后采取针对性的夹紧方式，使工件各部位所受的夹紧力处于合理范围内，避免工件发生位移。此外，对于一些专用夹具，当工件存在位移，并采用二次调整夹紧力的方式，找正工件位置，控制夹紧力度，再进行后续加工。

3结论

综上所述,如何高效率且保质保量地完成薄壁零件加工一直以来是现代机械制造加工领域的主要研究方向。而加强数控铣削加工工艺应用，有助于消除薄壁零件加工过程中的变形隐患，提高薄壁零件加工质量。鉴于薄壁零件数控铣削加工工艺优化的紧迫性和必要性，应明晰薄壁零件加工特点和难点，对症下药，严格控制加工材料性能质量，妥善处理材料变质问题；进一步完善数控铣削加工工艺流程，选取合适的刀具，合理设置主轴转速、切削速度等加工工艺参数，提高薄壁零件加工精度；科学设计装夹方案，优化装夹位置、夹紧力、夹紧方式的选择，从而尽可能减少加工变形问题的发生，保证薄壁零件加工质量符合设计要求。

参考文献

[1]何纯朴.典型薄壁零件数控铣削加工工艺研究[J].中国设备工程, 2021(21):2.

[2]翟斌元.典型薄壁零件数控铣削加工工艺[J].科教导刊：电子版, 2019(10):1.