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LY12硬铝异形螺纹加工研究

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摘要:文章以LY12硬铝材质的典型零件进行实例分析。针对薄壁零件和圆弧螺纹两大难点进行介绍,提出解决方案,并进行实例加工。在近年来的数控加工产品中,较为常见的加工有异形螺纹的加工,下面就圆弧螺纹这一典型零件来进行工艺和编程分析。由于该零件壁薄,因此要充分考虑产品加工的工艺问题,对工件的刀具的几何参数和装夹来进行分析,这样就使得薄壁零件在加工中出现变形的机率变小,因为异形螺纹的几何外形特殊,工艺复杂,无法运用数控编程螺纹指令直接编程,应选择合理的刀具、螺纹切削指令,同时也要加入宏程序来完成零件的加工。

关键词:工艺分析;薄壁零件;异形螺纹;宏程序

1典型实例工艺分析

1.1零件图分析

工件特点:壁薄、精度高,异形螺纹。材料为LY12硬铝,毛坯尺寸为准80×80。单件加工。(1)硬铝具有很高的强度和良好的切削加工性能,但耐腐蚀性较差,强度高,有一定的耐热性。加工时容易粘刀,应合理选择切削三要素和切削液。(2)由于零件右端内外轮之间的壁厚最小部分为1mm,所以在车削时应分粗精加工,并充分冷却后才能精加工。(3)圆弧螺纹最大直径准69.5mm,长度27mm,凹圆弧与凸圆弧组合螺旋槽绕圆柱面形成右旋异形圆弧螺纹。圆弧螺纹螺距7mm,螺纹顶部的凸圆弧半径为R1,螺纹底部的凹圆弧为R2.5,凸凹两圆弧相切且圆心在同一条直线上,切深3.5mm。所以可以采用直进式螺纹加工方法,并合理选择加工刀具。(4)为保证装夹稳定性,应先加工零件左端,再加工零件右端。

1.2刀具的选择

(1)根据工件材质选择。由于工件材料为LY12硬铝,建议使用下列三类刀具之一:a.不镀层的超细颗粒硬质合金刀具。b.带未含铝镀层(PVD)方法的硬质合金刀具,如镀TiN、TiC等。c.用金刚石刀具。(2)根据工件图样选择。该零件图的圆弧螺纹深度较深,采用尖刀或30°外圆偏刀,会产生加工干涉,故只能选取圆弧车刀,在选用圆弧刀时要根据所加工的螺纹圆弧的大小来确定,圆弧半径R对刀尖的强度及加工表面光洁度的影响比较大,选用的圆弧刀的半径要小于所加工的螺纹圆弧的半径。半径不宜选择太小,否则不但制造困难,还会因刀具强度太弱或刀体散热能力差而导致车刀损坏。因此我选用R2的圆弧切刀来加工该圆弧螺纹,外轮廓的台阶轴采用35度偏刀加工。

2加工难点

2.1薄壁加工

常规薄壁零件的强度弱和刚性差,在加工的过程中会变形,会使得零件的形位误差变大,从而加工质量不易保证。薄壁零件加工精度的影响因素主要有:零件受力变形、零件受热变形、零件振动变形三方面,因工件壁薄,容易产生变形。在夹紧力的作用下,对零件的尺寸和形状精度产生影响;因工件较薄,切削热会引起工件热变形,使工件尺寸难于控制。在切削力的作用下,容易产生振动和变形,影响工件的尺寸精度、形状、位置精度和表面粗糙度。

2.2异形螺纹

异形螺纹无法运用数控编程螺纹指令直接编程,应合理的选择刀具和螺纹切削指令,同时结合宏程序才能完成零件的加工。由于螺距较大应合理选择主轴的转速。

3解决方案

3.1加工薄壁零件时

(1)薄壁零件的工艺要求。车削薄壁零件易变形,这主要是工件内部存在内应力和夹紧力不均匀而产生的夹紧外应力,根据薄壁的特点和要求选择合理的工艺方案,是保证薄壁零件的加工质量的关键,同时要从防止变形和保证精度出发设计加工工艺。所以应利用镗孔刀先加工内孔,然后再加工外圆。(2)工件的装夹。对于一些壁厚较薄,且外圆无法进行装夹的薄壁零件需采用心轴进行固定,同时要保证内孔加工时的同轴度。对于较短的薄壁零件,三爪卡盘显然不够装夹,这时就要用到软卡爪,不仅可以防止薄壁外形被夹变形,也有利于较短薄壁的装夹。该零件选用三爪卡盘装夹,夹紧力不要太大,防止夹紧变形。装夹工件时应注意不要让工件晃动的太明显,因为零件的外圆直径尺寸为准76mm,毛坯直径为准80mm,单边只有2mm的去除余量,所以晃动过大会导致同轴度超差,最终导致薄壁的壁厚不一。(3)薄壁零件的加工方法。加工时需要把粗加工和精加工按顺序进行,以免粗加工时切削力过大而导致零件变形。由于该零件的尺寸要求高,粗加工完充分冷却后再半精加工,主要是修正粗加工中产生的变形,最后再精加工,外形和尺寸才能得到保证。(4)刀具的几何参数、切削用量和切削液。合理选择刀具的几何参数对薄壁零件的车削加工相当重要,车薄壁零件时,选用刀具要求刀柄的刚度要高,车刀的修光刃不宜过长(一般取0.2mm-0.3mm),前角要大,刃口要锋利,吃刀量要小,避免切削力过大导致零件变形。冷却液要充分供给(选用煤油),防止粘刀及粗糙度变差。

3.2加工异型螺纹时

对于异型螺纹而言,由于其形状较为复杂、而且具有不固定性,因此无法利用G76和G92对异型螺纹进行车削加工,由零件图可知圆弧螺纹螺距7mm,切深为3.5mm,所以可以采用直进法使用G32与用户宏程序相结合的办法车削加工异型螺纹,就能够解决异型螺纹的车削加工问题。但由于螺距较大,所以主轴转速不应超过500r/min。如果加工速度过快,撞刀的可能性就越大,为了能加工出高质量的异形纹应合理选择主轴转速。(1)宏程序编程思路。采用R2圆弧刀分层切削的方式进行;以G32指令由外向里逐层切削。让刀具沿着圆弧F7的螺距运动,从而得到相应的圆弧螺旋线。(2)走刀路线(图1、图2)(3)程序编写(4)质量控制。为了保证零件加工质量,对刀时X向留0.3mm左右的余量,螺纹车完后测量。通过修改磨耗来修调尺寸,最终达到精度要求。

4结束语

本文通过典型零件介绍零件的材质及加工工艺,分析图中薄壁零件和圆弧螺纹的两大加工难点,解决在车削加工中遇到的主要问题,以及采取相应的解决方案。通过实际加工生产,有效地解决了以上两点难于加工的问题,减轻了操作者的劳动强度,并保证了加工的质量。

参考文献:

[1]刘立.数控车床编程与操作[M].北京:北京理工大学出版社,2006.

[2]孙德茂.数控机床车削加工直接编程技术[M].北京:机械工业出版,2005.

作者:王丽 单位:江苏省徐州技师学院

LY12硬铝异形螺纹加工研究责任编辑:张雨    阅读:人次
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