加工薄壁壳体类零件的防变形技术实例

一、零件特点

壳体零件（图2-136）用硬合金挤压成型，并经过淬火和拉伸时效处理，长2475mm，宽108mm，高114.5mm，壁厚1～4mm不等。零件内外表面全部加工，内腔为空腔，横截面呈“U字形”，壁薄、刚性差，易变形。主要产生弯曲和扭曲变形，最大变形量在0.7～3mm之间，变形引起零件几何公差和壁厚公差超差，加工中易产生振动，表面质量差。

图2-136 壳体零件结构图

二、加工工艺

毛坯挤压→淬火→拉伸→振动时效去应力→理化检验→毛坯划线→粗加工外形→粗加工内腔→修订位基准→精加工内腔→安装工艺支承→半精加工外形→振动失效去应力→修复定位基准面→精加工外形→去掉工艺凸台→精加工棱边→荧光探伤→检验→表面处理→涂漆→入库。

三、产生变形原因

1.毛坯残余应力变形

毛坯残余应力由淬火过程中铝合金内部形成很大的残余热应力、组织应力和型材在挤压过程中不均匀变形所产生的应力叠加而形成。

2.加工应力变形

1）型材淬火后拉伸量未能达到1%～3%的规定，毛坯残余应力不能完全消失。

2）切削加工不对称，切削余量大，材料去除率达到78%，存在很大的加工应力，加工工序间隔时间短，使残余应力得不到释放，残余应力在整体型材上失去平衡。

3）加工顺序不同，使残余应力不对称释放引起工件变形。

4）工件刚性差，切削时产生让刀及夹紧力大小不均匀引起的变形。

四、减小变形的方法

1.消除毛坯残余应力(www.xing528.com)

毛坯在淬火后1.5h内进行拉伸，伸长率要达到1%～3%，使毛坯在拉伸过程中产生一定的塑性变形。为了缩短自然失效时间，毛坯淬火、拉伸后采用振动失效的方法去应力。

2.增加工艺刚度

在切削过程中，工艺系统在切削力、夹紧力及重力作用下，将产生相应的变形，形成加工误差。该工件固有刚度非常差，沿开口U形两侧从下往上刚度明显变差，工件的壁厚与长度比值为1∶600，壁厚与高度比值为1∶30，靠自身的刚度很难加工出合格产品。为此采取如下措施：

图2-137 加工艺凸台

图2-138 加工艺支承

1）在工件两侧面加工艺凸台，如图2-137所示，增大了支承定位基准面，使工件稳定性增加并有了可靠的压紧点。

2）加工艺支承。当内腔精加工后，在内腔开口处加11处工艺支承，如图2-138所示。工艺支承使U形口部封闭，工件刚性得到加强，提高工艺系统刚度。工艺支承的长度误差小于0.03mm，安装的位置间距在均匀分布，用螺钉紧固在内壁两侧，使用扭力扳手使拧紧力均匀。加工艺支承时，要用指示表检测工件宽尺寸变化。

3）粗加工和失效处理后，定位基准面都会产生一定的变形，在精加工前一定要修复定位基准面，消除工件基准面与定位面的间隙，定位面有翘起处用纸片垫平压实，不能强压，提高定位基准面的接触刚度。

4）使用千斤顶、方箱等辅助工具对工件进行多部位的辅助支承，增加工件的刚性，减小切削中的振动。

5）采用顺铣方式，使垂直铣削分力向下，将工件压向工作台，铣削平稳。

6）铝合金塑性大，切削变形大，硬度低，切屑易粘刀，增加切削摩擦，增大切削热和摩擦热，引起工件的热变形。对于大型、薄壁类工件，热变形引起的误差占工件加工总误差的40%～70%。为此一定要保持刀具十分锋利，减小切削力，采用前角γ_o=200°～250°，后角α_o=150°～180°。前后面表面粗糙度值小于Ra0.16μm。同时要进行充分的冷却，减少切削热，减小工件的变形，切削刃锋利，还可以减小残余应力。

7）切削用量，切削速度v_c=250～300m/min，进给速度v_f=300～400mm/min，吃刀量不宜大，防止切削力大，增加工件变形，粗铣背吃刀量a_p=0.5mm，精铣a_p=0.1～0.2mm。