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超硬材料異形零件數(shù)控加工工藝改進(jìn)方案
發(fā)布時間：2022-07-14
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隨著航天技術(shù)的不斷發(fā)展進(jìn)步，航天產(chǎn)品結(jié)構(gòu)也越來越復(fù)雜。超硬材料異形零件的加工尺寸精度、表面粗糙度以及幾何公差直接影響機(jī)構(gòu)傳動的性能指標(biāo)。由于這類零件具有結(jié)構(gòu)復(fù)雜、尺寸精度高和幾何公差要求嚴(yán)的特性，所以加工過程中零件易變形，刀具磨損嚴(yán)重，關(guān)鍵特征幾何精度難以保證，其加工方法一直是困擾科研和生產(chǎn)的難題。
這里國銳超硬材料將詳述通過設(shè)計拉緊定位工裝來解決裝夾問題，采用平面特征底齒軸向微量漸進(jìn)銑削和應(yīng)力釋放防變形技術(shù)，有效解決各種因素對精度造成的影響，確保了加工質(zhì)量穩(wěn)定可靠。
零件結(jié)構(gòu)分析
超硬材料異形零件（見圖1）材料為自由鍛件，精加工前經(jīng)淬火處理后，硬度高達(dá)40～45HRC，屬于難加工材料。零件具有結(jié)構(gòu)復(fù)雜、尺寸精度高和幾何公差要求嚴(yán)的特性，整體為不規(guī)則異形結(jié)構(gòu)，各個空間位置分布筋、槽、孔、階臺、圓弧和角度特征，其關(guān)鍵控制部分槽底相對于基準(zhǔn)孔距尺寸為103mm，零件總長為127mm，薄筋厚度為10mm。各方向結(jié)構(gòu)特征相對于基準(zhǔn)孔和基準(zhǔn)軸線的尺寸精度和幾何公差具有嚴(yán)格的要求。熱處理后零件變形較大，零件孔與槽之間、孔與面之間以及面與面之間的幾何精度要求極嚴(yán)。
加工難點分析
零件目前是在五軸機(jī)床上采用通用夾具（平口鉗）裝夾其平整部位兩側(cè)（零件夾持部位底部留夾持余量），采用圓柱銑刀徑向切削模式加工。由于受切削力、夾緊力、切削熱和材料應(yīng)力釋放等綜合因素影響，因而加工質(zhì)量難以保證。分析該零件的加工難點，有以下幾方面。
1）零件裝夾過程中，工件被夾持部位需要平口鉗夾緊力作用進(jìn)行定位，各空間位置特征相對于基準(zhǔn)要素保持相對平衡狀態(tài)，零件在裝夾后產(chǎn)生微小變形的情況下，完成切削加工并達(dá)到精度要求。但是只要裝夾一松開，裝夾變形就會還原，變形難以避免，從而失去已達(dá)到的精度，各幾何精度發(fā)生漂移，無法達(dá)到精度要求。
2）零件淬火硬度高達(dá)40～45HRC，切削性能差。其關(guān)鍵被加工型面的尺寸精度≤0.02mm、對稱度≤0.05mm，切削過程中易產(chǎn)生粘刀和刀尖切削瘤等狀況，刀具易磨損，型面尺寸易加工漂移（漂移量≥0.02mm），對稱度≥0.15mm，從而破壞了零件被加工表面的幾何精度和表面粗糙度。這些綜合因素，導(dǎo)致型面尺寸精度和幾何精度不足。
3）加工過程中，由于材料硬度高，圓柱銑刀側(cè)刃切削時，徑向切削力使工件彎曲變形和產(chǎn)生加工時的振動，徑向切削力方向和主軸垂直方向產(chǎn)生微小錐度變形，施力部分釋放后零件發(fā)生彈性變形。
同時刀具受刀具螺旋角影響而產(chǎn)生徑向拉力，發(fā)生微小彈性變形，各幾何精度發(fā)生漂移。銑刀懸長長徑比越長，則剛性越弱，造成特征尺寸偏差超過工藝要求公差帶。
4）零件金屬切除率較高，加工過程中去除余量不均勻會導(dǎo)致零件內(nèi)部殘余應(yīng)力平衡狀態(tài)被破壞，零件產(chǎn)生變形，尤其是現(xiàn)階段采用通用夾具（平口鉗）裝夾定位方式，零件加工完成后的工步——去除零件夾持部位底部留夾持余量部位時，瞬間去除大量余量，造成殘余應(yīng)力局部釋放，零件各尺寸公差和幾何公差失去已達(dá)到的精度，各幾何精度發(fā)生漂移。
因此，現(xiàn)有工藝存在缺陷，需要改進(jìn)。
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