CN115283949B - 一种多瓣剖开高精度薄壁铝筒零件的加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种多瓣剖开高精度薄壁零件的加工方法，先将铝筒毛坯对称切开四瓣或多瓣，使铝筒件的内应力得到释放，再利用专用夹具将对称剖开的毛坯进行车削加工。在铝件毛坯两端车外形斜锥面，作为工艺定位锥面，然后以其外形斜锥面作为基准进行装夹，在其两端的外圆上车削工艺用左、右旋工艺螺纹及剩余的外径阶梯台；通过左、右旋工艺螺纹将多瓣半成品装夹在精车内部阶梯台的专用夹具上，精车多瓣铝筒件内径至成品尺寸并去除外部多余的左、右旋螺纹。解决了对产品生产中精密薄壁铝筒件在切开以后内应力释放而造成的变形所导致的零部件报废的问题加工范围广泛，适用性强。

Description

一种多瓣剖开高精度薄壁铝筒零件的加工方法

技术领域

本发明属于薄壁铝筒零件加工领域，具体涉及一种多瓣剖开高精度薄壁零件的加工方法，尤其是一种多瓣剖开高精度薄壁零件的加工方法。

背景技术

目前，针对对称剖开多瓣的精密薄壁铝筒件的加工方法，一般都采用先车削至成品尺寸，再进行切开的方法，车削工序采用普通车床或数控车床，车削后一般采用卧铣、线切割、水切割等方法进行对称剖开，在剖开的过程中，由于加工热变形及工件原始内应力的释放，导致工件切开后发生严重的形变，工件张开甚至翘曲扭转，最终导致工件超差报废，无法使用。

对于加工后需要剖成四瓣或更多的铝筒件，申请人之前申请的“一种对称剖开薄壁铝筒零件的加工方法”，无法保证剖开的多瓣零件外圆各直径在一次装夹过程中全部加工完成。存在同轴度误差，影响工件的装配使用。另外，还存在装夹找正繁琐，加工效率低，无法对多瓣剖开零件进行装夹找正的问题。

发明内容

本发明提供一种多瓣剖开高精度薄壁零件的加工方法，要解决的技术问题是：解决多瓣剖开精密薄壁铝筒加工过程中产生形变的过大而导致零件报废的问题。解决了多瓣剖开高精度薄壁零件无法加工的难题，保证了装配精度和使用精度，在类似的零件加工中有很好的应用前景。

为了解决以上技术问题，本发明提供了一种多瓣剖开高精度薄壁零件的加工方法，包括以下步骤：

S1、下料或成形毛坯；

S2、粗车铝筒件内、外径；

其特征在于，还包括以下步骤：

S3、采用线切割将粗加工后的铝筒毛坯1-1从对称中心线对称剖开成多瓣；

S4、把对称剖开多瓣的铝件毛坯装入车外形斜锥面的专用夹具上，在铝件毛坯两端车外形斜锥面，作为工艺定位锥面，并将两端内孔车出台阶面；

S5、把已完成车制外形斜锥面的多瓣半成品，以其外形斜锥面作为基准进行装夹，在其两端的外圆上车削工艺用左、右旋工艺螺纹及剩余的外径阶梯台；

S6、通过左、右旋工艺螺纹将多瓣半成品装夹在精车内部阶梯台的专用夹具上，精车多瓣铝筒件内径至成品尺寸；

S7、精车去除外部多余的左、右旋螺纹至成品尺寸。

有益效果：本发明先将铝筒毛坯对称切开四瓣或多瓣，使铝筒件的内应力得到释放，再利用专用夹具将对称剖开的毛坯进行车削加工。通过夹具装夹和工艺保证，使加工后的工件状态，就是装配时的使用状态。

本发明保证了对称剖开多瓣精密薄壁铝筒件的加工精度，在不同的加工阶段，创造性的设计、编排了加工工序，通过采取各种夹具，实现了对称剖开多瓣精密薄壁铝筒件的中心对称调整及定位夹紧，解决了对产品生产中精密薄壁铝筒件在切开以后内应力释放而造成的变形所导致的零部件报废的问题。可以加工对称切开的3～6mm壁厚的铝筒件，尺寸公差在0.05mm以内，形状和位置公差也能保证在0.05mm以内，本发明适用于各种对称剖开的精密薄壁铝筒件的加工，其定位精度高、操作简单、装卸工件方便、夹紧力可均匀作用在装夹工件上且夹紧力可根据不同情况在一定范围内进行调整。加工范围广泛，适用性强。

附图说明

图1——铝筒件毛坯示意图

图2——完成4瓣剖开的毛坯示意图

图3——车外形斜锥面的专用夹具示意图及剖面图

图4——车外形斜锥面装夹示意图

图5——完成车外形斜锥面的示意图

图6——精车部分外径至成品尺寸的模具装夹示意图

图7——完成部分外径精车外径至成品尺寸的零部件示意图

图8——精车内径至成品尺寸的装夹工装示意图

图9——精车内径至成品尺寸的专用减振刀具示意图

图10——完成精车内径至成品尺寸的零部件示意图

图11——外径剩余尺寸精车至成品尺寸的专用工装装夹示意图

图12——完成全部车削工序的4瓣剖开铝筒件至成品尺寸的示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、内容和优点更加清楚，下面对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。

本发明提出的一种多瓣剖开高精度薄壁零件的加工方法，通过采用合理的装夹方式和工艺创新，解决了多瓣剖开高精度薄壁零件无法加工的难题。包括以下步骤：

S1、下料或成形毛坯

本零件采用管料加工，若零件结构不宜采用管料加工，为了避免材料的浪费，对于不需要承受高过载、综合机械性能无特殊要求的零部件，可采用铸造成形毛坯。若零件需承受一定的高过载，其综合机械性能有相应要求，则在能够节约成本的前提下可考虑用模锻成形毛坯或强力旋压毛坯，但必须根据产品设计要求提出相应的毛坯制作技术要求，下料长度比工件实际尺寸长18～20mm，用于工艺用定位锥面的加工，内孔和外径均按工件图纸实际尺寸，预留加工预留6～8mm。

S2、粗车铝筒件内、外径：先将铝筒件毛坯放入车床上，可选用普通机床，用自定心三爪夹盘固定一端，另一端用中心架支撑后粗加工铝筒件毛坯，粗加工选用的刀片为可转位刀片TCMT160404-PR，刀具刀尖圆弧为R0.4mm。粗加工时，车削铝筒件毛坯端面全长留量(18～20mm)，外径均按工件图纸实际尺寸，预留加工余量6～8mm，内孔均按工件图纸实际尺寸，预留加工余量6～8mm。切削参数为：切削速度V＝(100～130m/min)，进给量f＝(0.3～0.4mm/r)，吃刀深度ap＝(1.5～2mm)。

其特征在于，还包括以下步骤：

S3、采用线切割将粗加工后的铝筒毛坯1-1从对称中心线对称剖开成4瓣；如图2所示。

S4、把对称剖开4瓣的铝件毛坯1-2装入车外形斜锥面的专用夹具上，在铝件毛坯两端车外形斜锥面，作为工艺定位锥面，并在铝件毛坯两端加工台阶孔，车外形斜锥面的专用夹具包括：2个紧固圈2、定位轴3、8个固定螺栓4；

2个紧固圈2套在定位轴3外，被加工件绕圆周设置在定位轴3与紧固圈2的弧面间，多个固定螺栓4穿过紧固圈将工件外表面压紧。

使用时：先松开8个固定螺栓4、将完成4瓣剖开的4个铝筒件毛坯1-2放入2个紧固圈2中，中间穿入定位轴3，通过旋紧8个固定螺栓4，使4个剖开的铝筒件毛坯1-2牢固的与定位轴3贴合，定位轴的直径与4瓣剖开铝筒件内孔尺寸一致，相邻两瓣剖开铝筒件之间有微小的间隙，能够保证将4瓣剖开零件压紧在定位轴上，如图3所示。

加工时：定位轴一端用三爪夹盘5固定，另一端通过顶尖6顶紧定位在车床上，在铝筒件毛坯1-2两端车出台阶面，并将外端加工出工艺定位用的外形斜锥面，通过台阶面控制工件全长尺寸。如图4所示，外形斜锥面的大径尺寸要小于设计的工件内孔尺寸，从而在车削内孔时，能够将工艺定位锥面去除。

由于该工序为精车工艺用外形斜锥面工序，应选用精度较高、状态稳定、冷却充分的设备完成。夹具设计时应考虑提高定位尺寸精度要求。剖开多瓣铝筒件受夹紧力作用，容易产生变形，夹具设计时更应尽量减少夹紧力。

紧固圈2选用高级优质碳素结构钢45#钢管制成，其淬火后的硬度可达到HRC42～45，壁厚达到40mm，能够保证其强度要求，紧固圈经粗车、钳工攻丝、淬火、精车等工序，能够保证反复装夹拆卸后的精度，满足生产加工要求。每个紧固圈2上有4个用45#圆钢经淬火制造的固定螺栓4和与固定螺栓4配合的铝质带圆弧的紧固垫，即能保证固定螺栓在拧紧时有必要的夹紧力，也增大了夹紧面积，减少工件变形。定位轴3采用高级优质碳素结构钢T10A制成，其淬火后的硬度可达到HRC50～55，能够保证其强度要求，用于消除剖开的4瓣铝筒件毛坯的变形。

该夹具能够保证精密薄壁铝筒件的精度要求。

把已完成车制工艺定位用外形斜锥面工序的4瓣半成品1-3从车床上卸下，如图5所示。松开8个固定螺栓4，撤去车外形斜锥面的专用夹具。

S5、把已完成车制外形斜锥面的4瓣半成品，以其外形斜锥面作为基准进行装夹，在其两端的外圆上车削工艺用左、右旋工艺螺纹及剩余的外径阶梯台

把已完成车制外形斜锥面的4瓣半成品1-3装入车外径阶梯台的专用夹具上。车外径阶梯台的专用夹具包括：中心定位轴7、2个斜锥面定位盘8、2个定位套9、轴向旋紧螺母10；

2个定位套9分别设置在4瓣半成品两端的台阶孔内，2个斜锥面定位盘的内圆设有锥面，分别卡在4瓣半成品两端的外斜锥面上，中心定位轴7从上述部件的中心孔穿过并与轴向旋紧螺母10螺纹连接。

使用时：先将1个斜锥面定位盘8和1个定位套9依次套在中心定位轴7上，再将完成外形斜锥面的4瓣半成品1-3端部的斜锥面放入斜锥面定位盘8和定位套9的配合间隙中，完成后再将另一组斜锥面定位盘8和定位套9穿入中心定位轴7中，最后用轴向旋紧螺母10与中心定位轴7端部螺纹固定，完成轴向压紧，如图6所示。所述中心定位轴7截面为T形结构；

加工时：中心定位轴的一端用三爪夹盘5固定，另一端通过顶尖6固定在车床上，根据图纸要求，在对称剖开4瓣的铝筒件两端的外径上设计一组用于后道加工时固定4瓣铝筒件的右旋工艺螺纹和一组左旋工艺螺纹，并在其余的外径端完成图纸要求的4瓣铝筒件毛坯1-3车外径阶梯台的工序。

由于该工序为精车工序，宜选用精度高、状态稳定、冷却充分的数控机床或车削中心设备完成精加工。每班开始对零件加工前，需对设备进行预热，使设备空转半个小时以上，达到设备最佳稳定状态后再开始加工。根据零件加工的精度要求，在加工前检查设备主轴的径向跳动和轴向窜动情况，已满足加工精度的要求。

一端用三爪夹盘5固定，另一端用顶尖6固定在车床上，根据图纸要求，在对称剖开4瓣的铝筒件外径上设计一组用于后道加工连接固定4瓣铝筒件的右旋工艺螺纹和一组用于后道紧固4瓣铝筒件用的左旋工艺螺纹，其余的外径尺寸按图纸要求加工完成(工艺螺纹可在后续工序中去除)。

S6、精车4瓣铝筒件内径至成品尺寸

把已完成S5的4瓣半成品1-4(如图7所示)装入精车内部阶梯台的专用夹具上，用专用减振刀具进行内径加工。

精车内部阶梯台的专用夹具包括：三爪夹盘5、2个右旋斜锥面定位盘11、2个左旋固定圈12、中心台架13，如图8所示。

精车内部阶梯台的专用减振刀具包括内孔刀片14、机头15、刀具体16、弹簧17、钢珠18、挡板19、开口刀座20、调整螺栓21，如图9所示。已申请专利，属于现有技术。

使用时：在完成S6步骤的加工后(如图7所示)，先卸下顶尖6一端的轴向旋紧螺母10、斜锥面定位盘8和定位套9，用于安装如图8所示的1个左旋固定圈12和右旋斜锥面定位盘11，并旋紧。然后卸下另一端的斜锥面定位盘8和定位套9，安装另一组右旋斜锥面定位盘11和左旋固定圈12，并旋紧，使用斜锥面定位盘8和定位套9的左旋和右旋方式，可以防止因中心架支撑13而导致右旋螺纹旋转过紧，两端的右旋斜锥面定位盘11无法卸下的问题。

用精车内部阶梯台的专用减振刀具将4瓣半成品1-4的内径加工至图定的内孔尺寸。

选用特制的专用内径减振刀具对车好外径阶梯台的多瓣剖开铝筒件1-4的内径进行加工至成品尺寸。特制的专用内径减振刀具的刀具体16材料选用高速钢W18Cr4V，淬火硬度达到HRC58～62，刀具体采用中空管，中空管的结构在切削过程中具有较好的抗弯抗扭应力变形能力，壁厚20mm。刀具体16外圆淬火后进行磨削，公差控制在0.03mm以内，内孔在淬火前进深孔铰削，尺寸公差控制在0.05mm以内，刀具体16的内孔中装有用于消除振动和抵抗变形能力的螺旋弹簧17和消除各种频率振动的大小不一致的钢珠18和铸铁碎屑，调整螺栓21安装在刀具体的一端，用于调整螺旋弹簧的长短与弹性力大小以适应不同材质与切削力大小不同的工件。刀具体16整体固定在开口刀座20上用以固定在车床的刀台上。机头15通过锯齿形V型槽与刀具体16另一端紧密配合，用螺钉压紧并固定。机头15上开有通槽，用于装夹镶有内孔刀片14的专用一体化刀具，采用数控车床，利用内孔刀片14车削内孔至图定成品尺寸。刀具体16内装有冷却管，高压切削液通过冷却孔浇注到切削刀具的刀尖处，对刀具和工件进行冷却。大小不一致的钢珠18和铸铁碎屑，填充在刀杆内孔和冷却管之间，并留有间隙。

精加工一般选用的刀具刀尖圆弧为R0.4mm。重点部位的加工刀具应合理安排，采用多刀具阶梯式切削，粗、精分开，即最后一次走刀的刀具应与前面工序使用的刀具分开使用，以保证最终的加工质量。

加工余量在直径方面上为3～4mm，该工序的加工的切削参数为：切削速度V＝(100～130m/min)，进给量f＝(0.15～0.2mm/r)，吃刀深度ap＝(0.5～0.8mm)。

加工过程中零件的装夹保证了零件和夹具的定位、压紧面的平面度、平行度等状态良好，各面清理干净，保证不夹屑，夹具各组成部分定位、控制压紧力大于切削力即可，零件装夹不能过紧，避免加工后产生较大的应力变形。

S7、精车去除外部多余的左、右旋螺纹至成品尺寸

把已完成精车内部阶梯台工序的4瓣半成品1-5如图10所示，装入精车外部剩余尺寸的专用夹具上。精车外部剩余尺寸的专用夹具包括：三爪夹盘5、前斜锥面定位盘22、后斜锥面定位盘23、顶尖6，如图11所示。

使用时：先将把前斜锥面定位盘22固定在三爪夹盘5上。再将4个已完成精车内部阶梯台工序的4瓣半成品1-5的一端插入前斜锥面定位盘22的斜锥槽内，另一端插入后斜锥面定位盘23的斜锥槽内，用顶尖6进行轴向挤紧，顶紧力不要过大，防止工件变形。

将4瓣半成品1-5中左旋和右旋工艺螺纹车去并加工至成品尺寸后，拆下夹具，得到最终的4瓣铝筒件，如图12所示。

在完成S6步骤的工艺后，先不要将工件从工装上卸下，应在靠近左旋螺纹处已加工好的外径表面，选用较宽的魔术贴扎带将4瓣铝筒件绑紧、固定，防止拆卸工装时，4瓣铝筒件分散开。

将完成魔术贴绑紧工序的多瓣铝筒件放入外径剩余尺寸精加工的专用工装中。此套工装中，前斜锥面定位盘22装夹在三爪夹盘5上，并用磁力表找正，百分表的跳动量控制在0.02mm之内。

用皮带扳手松开两处左旋固定圈12，分别卸下两端的右旋斜锥面定位盘11，再卸下两处左旋固定圈12，然后将绑有较宽魔术贴扎带的4瓣铝筒件的一端放入前斜锥面定位盘22的定位用端面槽中，另一端用后斜锥定位盘23的定位用端面槽固定，移动顶尖6，用适当的顶紧力顶紧工件1-5，防止顶紧力过大导致的工件变形。

然后车削去除左、右旋螺纹，达到图纸的设计尺寸要求。

松开魔术贴，取下4瓣铝筒件，在4瓣铝筒件的非定位工作面上打字头，便于在成组使用中装配。

S8、完工检验

一般尺寸的检验应尽可能的采用通用量具。

对于高精度、关重尺寸的检验可采用专用量具。

对于精度要求较高的形位公差检测，为了客观的反应零件加工的实际状态，允许进行机内测量，即在原加工设备上使用加工时所用的工装装夹零件进行打表验收。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种多瓣剖开高精度薄壁零件的加工方法，包括以下步骤：

S1、下料或成形毛坯；

S2、粗车铝筒件内、外径；

其特征在于，还包括以下步骤：

S3、采用线切割将粗加工后的铝筒毛坯从对称中心线对称剖开成多瓣；

S4、把对称剖开多瓣的铝件毛坯装入车外形斜锥面的专用夹具上，在铝件毛坯两端车外形斜锥面，作为工艺定位锥面，并将两端内孔车出台阶面；

车外形斜锥面的专用夹具包括2个紧固圈、定位轴和固定螺栓；铝件毛坯贴合在定位轴外圆上，2个紧固圈套在铝件毛坯外，多个固定螺栓穿过紧固圈将铝件毛坯外表面压紧；

定位轴的直径与铝筒件内孔尺寸一致，贴合在定位轴上的相邻两瓣剖开铝筒件之间有间隙，能够保证将4瓣剖开零件压紧在定位轴上；加工时：定位轴一端用三爪夹盘固定，另一端通过顶尖顶紧定位在车床上，在铝筒件毛坯两端内孔车出台阶面，并将外端加工出工艺定位用的外形斜锥面，通过台阶面控制工件全长尺寸，外形斜锥面的大径尺寸要小于成品工件内孔尺寸；

S5、把已完成车制外形斜锥面的多瓣半成品，以其外形斜锥面作为基准进行装夹，在其两端的外圆上车削工艺用左、右旋工艺螺纹及剩余的外径阶梯台；具体如下：

把已完成车制外形斜锥面的多瓣半成品装入车外径阶梯台的专用夹具上，车外径阶梯台的专用夹具包括中心定位轴、2个斜锥面定位盘、2个定位套、轴向旋紧螺母；2个定位套分别设置在多瓣半成品两端的台阶孔内，2个斜锥面定位盘的内圆设有锥面，分别卡在4瓣半成品两端的外斜锥面上，中心定位轴从上述部件的中心孔穿过并与轴向旋紧螺母螺纹连接；

所述中心定位轴截面为T形结构；加工时：中心定位轴的一端用三爪夹盘固定，另一端通过顶尖固定在车床上，在对称剖开多瓣的铝筒件两端的外径上设计一组用于后道加工时固定4瓣铝筒件的右旋工艺螺纹和一组左旋工艺螺纹，每端的右旋工艺螺纹和左旋工艺螺纹相邻，并在其余的外径端完成要求的车外径阶梯台的工序；

S6、通过左、右旋工艺螺纹将多瓣半成品装夹在精车内部阶梯台的专用夹具上，精车多瓣铝筒件内径至成品尺寸；

精车内部阶梯台的专用夹具包括三爪夹盘、2个右旋斜锥面定位盘、2个左旋固定圈、中心台架，所述右旋斜锥面定位盘的端部加工有右旋内螺纹，内腔中部加工有斜锥面，用于与半成品斜锥面配合，加工时，先卸下顶尖一端的轴向旋紧螺母、斜锥面定位盘和定位套，在半成品端部安装1个左旋固定圈和右旋斜锥面定位盘，然后卸下另一端的斜锥面定位盘和定位套，安装另一组右旋斜锥面定位盘和左旋固定圈，并旋紧；

S7、精车去除外部多余的左、右旋螺纹至成品尺寸。

2.根据权利要求1所述的一种多瓣剖开高精度薄壁零件的加工方法，其特征在于，将铝筒毛坯从对称中心线对称剖开成四瓣。

3.根据权利要求1所述的一种多瓣剖开高精度薄壁零件的加工方法，其特征在于，紧固圈选用高级优质碳素结构钢45#钢管制成，其淬火后的硬度达到HRC42～45，壁厚达到40mm。

4.根据权利要求1所述的一种多瓣剖开高精度薄壁零件的加工方法，其特征在于，每个紧固圈上的固定螺栓端部设有铝质带圆弧的紧固垫；定位轴采用高级优质碳素结构钢T10A制成，其淬火后的硬度可达到HRC50～55。

5.根据权利要求1所述的一种多瓣剖开高精度薄壁零件的加工方法，其特征在于，S7中，把已完成精车内部阶梯台工序的多瓣半成品装入精车外部剩余尺寸的专用夹具上，精车外部剩余尺寸的专用夹具包括：三爪夹盘、前斜锥面定位盘、后斜锥面定位盘、顶尖；使用时：先将把前斜锥面定位盘固定在三爪夹盘上，再将已完成精车内部阶梯台工序的多瓣半成品的一端插入前斜锥面定位盘的斜锥槽内，另一端插入后斜锥面定位盘的斜锥槽内，用顶尖进行轴向挤紧；将多瓣半成品中左旋和右旋工艺螺纹车去并加工至成品尺寸。