薄壁镂空隔墙零件的加工工艺探索_温怀庆.pdf

新技术新工艺 年第期 新技术新工艺 工艺与材料薄壁镂空隔墙零件的加工工艺探索温怀庆，董翔，王存磊（中国电子科技集团公司第五十五研究所，江苏 南京 ）摘要：隔墙零件作为微波组件的重要结构件，具有薄壁、镂空、高精度的特点。传统的加工工艺路线是先数铣加工隔墙台阶，再采用线切割加工隔墙内外形。该工艺方法由于对零件变形控制不足，线切割加工效率低，在批量生产时加工精度与加工效率无法满足要求。以某典型隔墙零件为例，研究探索出了一套隔墙零件的高效加工工艺方案。该方案通过合理设计工装，采用退火整平工艺，选用合理的切削参数分步数铣加工，使隔墙成品率大幅提升，加工周期大幅缩短。该工艺方案对其他弱刚性薄壁类、框架类零件的加工具有一定的借鉴意义。关键词：隔墙零件；薄壁；镂空；加工工艺；变形控制；高效加工中图分类号：文献标志码：，（，）：，：，隔墙零件安装于微波组件壳体内，与电路结构相配合，其主要作用是对微波电路各模块予以电磁屏蔽，为组件封焊盖板提供支撑。薄壁隔墙零件整体呈框架形态，为弱刚性零件，加工过程极易产生变形。另外，此类零件往往批量大，加工周期紧，如何最大限度地提升加工效率也是一个亟待解决的问题。本文探索了一种加工隔墙零件的机械加工工艺方法，解决了此类零件加工易变形、装夹困难、加工效率低下的问题。工艺性分析某典型薄壁隔墙零件结构如图所示。该零件为 铝合金材料。零件厚度仅 ，外形尺寸为（）（），中部有个通腔，隔墙筋宽度最薄处仅 ，筋上还有多处槽、环形台阶结构。该零件加工过程去除材料量大，装夹困难。加工该零件的传统工艺路线如下：下料（）普铣（铣毛坯四方 ）数铣（使用真空吸盘装夹，厚度加工到位，加工筋上槽、环形台阶，在处通腔内各作穿丝孔）线切割（反复穿丝次，线切割处通腔，再割外形轮廓）显微镜下去除毛刺。该工艺方案有如下几个弊端：）数铣装夹次只能完成个零件的铣削，装夹劳动强度大，效率低下；）数铣、线切割存在重复定位，加工精度不稳定；）线切割工序加工周期过长，在大批量加工时无法满足生产进度需求；）零件毛坯板料经剪切下料后常出现严重变形，真空吸盘无法有效吸附装夹；）零件经装夹、切削后，常出现严重变形，加工精度无法满足要求。为了提高数铣效率，需要实现一次装夹就能完成几十件甚至数百件零件的加工。为了提高效率，降低不同工种重复定位造成的精度误差，需要避免使用线切割工序，争取在数铣工序就将零件通腔、外形轮廓成形。为了解决毛坯板料剪切后变形、切削过程变形的问题，需要采取热处理来释放材料内应力，在切削过程中选取合理的切削参数，控制切削力、切削热引起的变形。DOI:10.16635/ki.1003-5311.2023.02.009工艺材料 新技术新工艺 工艺与材料 图典型薄壁隔墙零件工艺程序及关键技术结合工艺性分析结果，编制了新的工艺方案：下料热处理校平普铣（铣毛坯四方）钳工（作数铣工艺装夹安装孔）数铣（中部通腔，筋上槽、环形台阶、外形轮廓结构全部成形）显微镜下去除毛刺。加工过程关键工序方法如下。）选择合理下料尺寸。为了尽可能减小材料去除量，应选用和零件厚度一致的 毛坯板，则厚度方向不需要再加工，可以减小变形。下料时考虑在一块毛坯上加工多个零件，按 排列，毛坯料尺寸为 。）热处理退火校平毛坯。由于 薄板经存放、运输过程本身存在变形现象，经剪板机剪切，毛坯板变形更加明显。对于 铝合金来说，高温退火时完成再结晶过程，金属内部的畸形晶格得到有效消除，生成了细小的再结晶晶粒结构。通过高温退火，可以有效地释放内应力，改善材料加工特性。另外，在高温条件下，铝合金板材的抗拉强度以及屈服强度明显降低，可以利用该特性，在热处理过程中将零件校平。具体操作方法为：将毛坯薄板叠放，叠放厚度不超过，每摞用块平行的夹板夹紧，室温下置于马弗炉中，以 的加热速度升温至 区间，保温，随炉冷却。使用高温退火校平毛坯可以将毛坯薄板平面度控制在 以内，且校平过程不存在应力集中问题，在后期加工时零件平面度不再发生明显变化，零件平面度有所保证。）高效装夹设计，分步铣削。由于隔墙零件壁薄，普通虎钳装夹肯定不适用，隔墙中部通腔需要掏空，真空吸盘也无法使用。为了防止零件变形，笔者设计了专用的固定板。在毛坯板材中部一排螺钉安装孔，使用内六角螺钉固定毛坯中部及两侧。装夹后保证毛坯板材与固定板贴合压紧，以减小零件振动。数铣零件装夹如图所示，可以根据机床行程设计不同尺寸的固定板，一块固定板上可以安装多块毛坯板材，一次装夹后，可以生产几十甚至上百个零件，大幅提升了生产效率。图数铣零件装夹数铣过程应先加工筋上环形台阶以及各处槽，再加工通腔，最后加工零件外形轮廓。在加工外形轮廓时需要设计工艺连接点，避免零件外形轮廓铣削过程脱落位移。每个零件上设置处工艺连接点（见图），连接点宽度，厚度 。图工艺连接点示意图新技术新工艺 年第期 新技术新工艺 工艺与材料经数铣加工后，隔墙零件通过工艺连接点与毛坯板料连接排布，形貌如图所示。图数控铣削零件排布示意图最后还需要将工艺连接点切除，才能得到完整的隔墙零件。因此，再设计一固定板（见图），在固定板上加工限位凸台。利用隔墙的通腔卡入固定在限位凸台上（见图），数铣切除工艺连接点。图隔墙安装固定板示意图图隔墙装夹示意图）合理切削参数的选用。隔墙零件材料为 铝合金，其密度小，强度低，切削过程受切削力与切削热影响显著。一方面，切削力容易引起工件较大的回弹变形，另一方面该隔墙筋最薄处小于 ，如果切削力过大，超出材料的弹性极限会造成挤压变形。另外，在切削过程中，由于切屑产生变形，刀具前刀面与切屑产生摩擦，刀具后刀面与加工过的表面产生摩擦，造成加工过的表层温度极高，而零件基体材料温度却相对很低，形成温度差区域，导致表层体积膨胀系数受到里层金属的阻碍，这种阻碍使得零件表层产生了切削热应力，造成零件变形。为了减小切削力与切削热的影响，需要控制材料切除率，宜选择直径较小的刀具。另外，在高速切削条件下，提升切削速率，能使得金属流动的速率大于塑性变形速度，剪切角增大，进而使得切削力下降，减小零件的形变。切削速度高，分层铣削，切削深度小，切屑薄且能快速排除，大部分热量会被切屑带走，工件所受的热变形也很小。由于隔墙零件结构轮廓直角弯较多，进给速度不宜过大，避免刀具运动惯性过大，在转弯时造成过切现象。经过调试、探索，采用高速数控雕铣机加工，粗铣时用 硬 质 合 金 键 槽 刀，主 轴 转 速 ，背吃刀量 ，进给速度为 ，留 余量精铣；精铣时 硬质合金键槽刀，主轴转速 ，背吃刀量 ，进给速度为 。新工艺方案的成效新工艺方案与传统工艺方案相比，具有如下优势。）生产效率提高。对传统隔墙加工工艺与新工艺方案的主要加工工序工时进行核算（见表）。生产所需工时减少一半以上。表隔墙新工艺方案与传统工艺方案加工工时对比工艺方案主要工序工时 总工时 传统工艺数铣 线切割 新工艺数铣 ）成品率显著提升。新工艺解决了个质量难点：一是消除了线切割与数铣加工重复定位造成的精度误差，在数铣工序就完成了整体结构的加工；二是有效地控制了零件的变形，不再出现批次性报废情况。根据新工艺采用前后生产质量数据统计结果，以生产万件为统计区间，成品率由原来的 提升至 以上。结语本文以某典型薄壁隔墙零件为例，探索出了薄壁隔墙零件的一套加工方案。通过退火整平，解决了毛坯材料变形以及残余内应力的难点。通过设计专用工装，一次装夹可加工几十甚至数百个零件，保证加工的高效性。通过分步铣削，合理的切削参数选用，有效地控制了零件在加工中的变形，保证了零件的加工精度。这套工艺方案不仅适用于大批量薄壁隔墙零件的生产，对其他框架类薄壁零件的加工也具有很好的指导与借鉴意义。参考文献张利军 薄壁铝合金热处理工艺技术研究 新技术新工艺材料 新技术新工艺 工艺与材料 工艺，（）：王声 航空薄壁整体机加框加工变形控制方法的探究新技术新工艺，（）：艾兴 高速切削加工技术 北京：国防工业出版社，郭新贵，李从心高速切削技术的研究与应用模具技术，（）：刘战强高速切削技术的研究与应用济南：山东大学，张柳清 薄金属表面高速切削和高光技术工艺实例分析模具制造，（）：孙文诚 高速切削加工模具的关键技术研究 机械制造与自动化，（）：，陈家方 实用金属切削加工工艺手册 上海：上海科学技术出版社，赵跃俊 薄板类零件加工变形的解决方法 机械研究与应用，（）：沈耿薄板件切削加工控制变形的工艺措施现代制造工程，（）：作者简介：温怀庆（），男，工程师，主要从事微波组件管壳零件的机械加工工艺等方面的研究。收稿日期：责任编辑王锦宣