一種鋁合金薄壁筒形件的加工方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種鋁合金薄壁筒形件的加工方法，該方法包括下料→選擇刀具→粗加工→外圓半精加工→時效處理→內孔半精加工→內孔精加工→外圓精加工等步驟。該方法采用專用夾具保證裝夾精度，減小了裝夾變形和消除了零件加工內應力。且本發(fā)明操作簡單，工件不用留工藝夾頭及去除工藝夾頭工序，節(jié)省了材料和加工時間。同時，使用本發(fā)明加工出的鋁合金薄壁筒形件質量穩(wěn)定，加工成本低、效率高。此外還可避免產品直接受三點夾緊力作用而產生變形的影響、可減少旋轉熱應力變形和壓傷、可減少刀具撓性變形、可減少產品原材料消耗、可提高工件的合格率及生產效率，并可降低加工成本。
【專利說明】一種鋁合金薄壁筒形件的加工方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及機械加工【技術領域】，具體涉及一種鋁合金薄壁筒形件的加工方法。
【背景技術】
[0002]需要加工如圖1所示的鋁合金薄壁筒形件時，產品材料為鋁合金LY12-CZ，長度為
L，外徑為(pD2h7,內徑為tpDlH6，同軸度為φ0.025 mm，圓柱度為cp0.025mm，表面粗糙
度Ra值為1.6μπι。此類零件除形狀較為簡單、形狀公差和表面粗糙度較要求高外，其壁厚
?=(φ02-φΒ1) ( 2mm,且零件長度L > 440mm,是典型的薄壁零件。因其壁薄且加工材料為
鋁合金，加工過程中容易產生變形，主要表現在內孔徑向變形和軸向的產生錐度，質量不易保證。
[0003]現有薄壁筒形件的加工工藝一般為:下料(要求留L長的工藝夾頭)一車外圓一上中心架粗車內孔一上中心架半精車內孔一車去工藝夾頭一精車內孔一上心棒車外圓。在加工過程中，由于切削力、切削熱、殘壓應力、裝夾力等因素的影響會產生加工變形，對零部件的加工精度和表面光潔度的影響很大，很容易造成報廢，尤其是車內孔時，由于裝夾不穩(wěn)且鋁合金材質較軟，產品直接受三點夾緊力作用而產生變形，導致內孔加工有以下問題不能滿足技術要求:內孔呈橢圓形，圓度誤差> 0.14mm ;內孔呈喇叭形，錐度誤差> 0.21mm。由于內孔出現了較大的圓度誤差或錐度誤差，加工后會導致產品的壁厚不均勻，會產生大量的次品或廢品，使得產品原材料消耗增大，成本升高；此外，還存在旋轉熱應力變形和壓傷、刀具撓性變形等問題，使得產品合格率大幅降低。目前，主要是借助多次熱處理來提高零件的強度，改善切削性能，并采用多次裝夾修整來保證零件的尺寸精度，這些方式雖然可在一定程度上改善鋁合金薄壁零件的加工變形，但是工藝復雜，加工成本高。

【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明旨在提供一種鋁合金薄壁筒形件的加工方法，可避免產品直接受三點夾緊力作用而產生變形的影響；可減少旋轉熱應力變形和壓傷；可減少刀具撓性變形；可減少產品原材料消耗；采用此加工藝方法可提高工件的合格率及生產效率，并可降低加工成本。
[0005]本發(fā)明是通過如下技術方案予以實現的:
[0006]一種鋁合金薄壁筒形件的加工方法，該方法包括以下步驟:
[0007](A)下料:將鋁合金管材下料成分段，確定切削位置；
[0008](B)選擇刀具:選取各加工階段需要的刀具，將其按順序放入刀盤；
[0009](C)粗加工:用硬三爪卡盤夾住工件一端外圓，光端面、打中心孔，調頭光另一端面確定長度L，打中心孔；
[0010](D)外圓半精加工:用硬三爪卡盤夾住粗加工后工件的外圓一端，采用第一刀具頂車外圓，調頭夾另一端外圓，頂車外圓未加工部分，外圓接刀痕< 0.25mm,外圓留1.5mm余量;[0011](E)時效處理:對外圓半精加工后的工件進行時效處理，消除工件殘余應力；
[0012](F)內孔半精加工:將工件一端卡裝入彈性夾套內，工件外圓中部纏上彈性橡皮，中心架與外圓接觸部更換為尼龍定位輪，刀架前端加裝第二刀具且后端加裝與第二刀具重量相等的平衡桿，彈性夾套外部卡裝三爪卡盤，再將夾頭夾住三爪卡盤進行內孔半精加工并留余量0.8mm ；
[0013](G)內孔精加工:將工件放入一圓柱形的定位裝夾筒內并旋緊兩端的軸向夾緊套，刀架前端加裝第三刀具且后端加裝與第三刀具重量相等的平衡桿，夾頭夾住定位裝夾筒，中心架支撐工件的另一端進行內孔精加工；
[0014](H)外圓精加工:上心棒裝夾并選用第四刀具精車工件外圓。
[0015]所述步驟(G)中所采用的定位裝夾筒兩端均設有工件軸向定位臺階，壁厚< 5mm，內孔與外圓同軸度< 0.025mm，軸向定位臺階與回轉中心垂直度< 0.025mm，軸向夾緊套為細牙螺紋，內徑比工件外徑大1mm，兩端面平行度< 0.025mm。
[0016]所述步驟(E)分為豎直負溫時效和豎直正溫時效，溫度分別為-60°C和120?150°C，時間分別為15h和4h。
[0017]所述步驟(G)中的第三刀具每次吃刀深度為0.1mm、走刀量為0.04mm/r、轉速為650r/mino
[0018]所述步驟(H)中第四刀具每次吃刀深度為0.12mm、走刀量為0.04mm/r、轉速為505r/mino
[0019]所述步驟(F)和步驟(G)中均調整工件使其跳動量< 0.02mm。
[0020]所述步驟(G)完成后待工件溫度降至室溫后再進行步驟(H)。
[0021]所述步驟(G)進行中為防止熱變形采用煤油冷卻。
[0022]所述步驟(F)中采用的彈性夾套的壁厚< 2mm。
[0023]本發(fā)明的有益效果是:
[0024]與現有技術相比，本發(fā)明提供的鋁合金薄壁筒形件的加工方法，增加了去應力工序而提高了硬度，工件的半精車內孔和精車內孔裝夾由專用夾具保證，減小了裝夾變形和消除了零件加工內應力。且本發(fā)明操作簡單，工件不用留工藝夾頭及去除工藝夾頭工序，節(jié)省了材料和加工時間。同時，使用本發(fā)明加工出的鋁合金薄壁筒形件質量穩(wěn)定，加工成本低和加工效率高。此外還可避免產品直接受三點夾緊力作用而產生變形的影響、可減少旋轉熱應力變形和壓傷、可減少刀具撓性變形、可減少產品原材料消耗、可提高工件的合格率及生產效率，并可降低加工成本。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0025]圖1是需加工的鋁合金薄壁筒形件結構圖；
[0026]圖2是本發(fā)明粗車內孔的工作示意圖；
[0027]圖3是本發(fā)明半精車內孔的工作示意圖；
[0028]圖4是本發(fā)明精車內孔的工作示意圖。
【具體實施方式】
[0029]以下結合附圖及實施例對本發(fā)明的技術方案作進一步說明，但所要求的保護范圍并不局限于所述；
[0030]實施例1:需加工如圖1所示的零件時，其長度L為450mm，同軸度要求為φ0.025 mm,圓柱度要求為φ0.025 mm,表面粗糙度Ra值為1.6 μ m，壁厚為1.5mm。
[0031]第一步，設計如圖3所示的粗半精車內孔夾具:
[0032]半精車內孔夾具由夾頭、三爪卡盤、彈性夾套、彈性橡皮、尼龍中心架、平衡桿等組成，為了避免產品直接受三點夾緊力作用設計增加彈性夾套，使產品的裝夾位置受力均勻，其中彈性夾套壁厚為1.8mm并開槽。更換中心架的三根鋼軸承為尼龍件減少熱應力變形和壓傷，尼龍材料為尼龍101。為防此刀具的懸臂梁結構加裝平衡棒，使刀具撓性變形減小，平稀桿重量與刀具重量相等。加裝三爪卡盤，讓開經常使用的導軌變形嚴重的部份，降低零件加工錐度誤差。
[0033]第二部，設計如圖4所示的精加工內孔裝夾夾具:
[0034]精車內孔夾具由三爪卡盤、軸向夾緊套、定位裝夾筒、中心架、平衡桿組成；
[0035]因產品是薄壁零件，徑向只要受力產品就有變形且徑向力所產生的摩擦力要能承受精加工切削力，不解決徑向受力的問題產品的變形量大的問題就不能得到根本解決，精車內孔時，設計夾具采用徑向半柔性定位，軸向壓緊的方式，避免工件外圓受非均勻夾緊力。產品用外圓與工裝夾緊定位內孔定位，軸向用軸向夾緊套夾緊，零件的徑向只作半柔性定位作用，基本不受力，裝夾用三爪夾緊工裝的定位夾緊筒并輔以中心架支承。零件在切削加工只有軸向受力，所以產品加工后變形較小；
[0036]定位裝夾筒設計有工件軸向定位的臺階，壁厚4.2mm,內孔與外圓同軸度
0.021mm，軸向定位臺階與回轉中心垂直度0.022mm，軸向夾緊套為細牙螺紋，其內徑比工件外徑大1mm，兩端面平行度0.018mm。
[0037]第三步，鋁合金薄壁筒形件的車削加工:
[0038]下料:將材質為鋁合金LY12-CZ的管材下料成分段，確定切削位置；選擇刀具:選取各加工階段需要的刀具，將其按順序放入刀盤；粗加工:用硬三爪卡盤夾住工件一端外圓，光端面、打中心孔，調頭光另一端面確定長度L = 450mm，打中心孔；外圓半精加工:用硬三爪卡盤夾住粗加工后工件的外圓一端，采用第一刀具頂車外圓，調頭夾另一端外圓，頂車外圓未加工部分，外圓接刀痕為0.20mm，外圓留1.5mm余量；時效處理:對外圓半精加工后的工件進行時效處理，消除工件殘余應力，分為豎直負溫時效和豎直正溫時效，溫度分別為-60°C和120°C，時間分別為15h和4h ;內孔半精加工:將工件一端卡裝入彈性夾套內，工件外圓中部纏上彈性橡皮，中心架與外圓接觸部更換為尼龍定位輪，刀架前端加裝第二刀具且后端加裝與第二刀具重量相等的平衡桿，彈性夾套外部卡裝三爪卡盤，再將夾頭夾住三爪卡盤進行內孔半精加工并留余量0.8mm ;內孔精加工:將工件放入一圓柱形的定位裝夾筒內并旋緊兩端的軸向夾緊套，刀架前端加裝第三刀具且后端加裝與第三刀具重量相等的平衡桿，夾頭夾住定位裝夾筒，中心架支撐工件的另一端進行內孔精加工，第三刀具每次吃刀深度為0.1mm、走刀量為0.04mm/r、轉速為650r/min ;內孔半精加工完成后待工件溫度降至室溫后進行外圓精加工:上心棒裝夾并選用第四刀具精車工件外圓，第四刀具每次吃刀深度為0.12mm、走刀量為0.04mm/r、轉速為505r/min ;松開夾頭即得成品。
[0039]實施例2:需加工如圖1所示的零件時，其長度L為500mm，同軸度要求為φ0.025 mm,圓柱度要求為φ0.025 mm,表面粗糙度Ra值為1.6 μ m，壁厚為1.8mm。
[0040]第一步和第二步與實施例1相同，其中第一步中，彈性夾套壁厚為1.6mm，第二步中定位裝夾筒壁厚4mm,內孔與外圓同軸度為0.019mm,軸向定位臺階與回轉中心垂直度為
0.022mm，軸向夾緊套為細牙螺紋，內徑比工件外徑大1mm，兩端面平行度為0.023mm。第三步車削加工:
[0041]下料:將材質為鋁合金LY12-CZ的管材下料成分段，確定切削位置；選擇刀具:選取各加工階段需要的刀具，將其按順序放入刀盤；粗加工:用硬三爪卡盤夾住工件一端外圓，光端面、打中心孔，調頭光另一端面確定長度L = 500mm，打中心孔；外圓半精加工:用硬三爪卡盤夾住粗加工后工件的外圓一端，采用第一刀具頂車外圓，調頭夾另一端外圓，頂車外圓未加工部分，外圓接刀痕為0.18mm，外圓留1.5mm余量；時效處理:對外圓半精加工后的工件進行時效處理，消除工件殘余應力，分為豎直負溫時效和豎直正溫時效，溫度分別為-60°C和130°C，時間分別為15h和4h ;內孔半精加工:將工件一端卡裝入彈性夾套內，工件外圓中部纏上彈性橡皮，中心架與外圓接觸部更換為尼龍定位輪，刀架前端加裝第二刀具且后端加裝與第二刀具重量相等的平衡桿，彈性夾套外部卡裝三爪卡盤，再將夾頭夾住三爪卡盤進行內孔半精加工并留余量0.8mm;內孔精加工:將工件放入一圓柱形的定位裝夾筒內并旋緊兩端的軸向夾緊套，刀架前端加裝第三刀具且后端加裝與第三刀具重量相等的平衡桿，夾頭夾住定位裝夾筒，中心架支撐工件的另一端進行內孔精加工，第三刀具每次吃刀深度為0.1mm、走刀量為0.04mm/r、轉速為650r/min ;內孔半精加工完成后待工件溫度降至室溫后進行外圓精加工:上心棒裝夾并選用第四刀具精車工件外圓，第四刀具每次吃刀深度為0.12mm、走刀量為0.04mm/r、轉速為505r/min ;松開夾頭即得成品。
[0042]實施例3:需加工如圖1所示的零件時，其長度L為600mm，同軸度要求為φ0.025 mm,圓柱度要求為φ0.025 mm,表面粗糙度Ra值為1.6 μ m，壁厚為2mm。
[0043]第一步和第二步與實施例1相同，其中第一步中，彈性夾套壁厚為2mm，第二步中定位裝夾筒壁厚4mm,內孔與外圓同軸度為0.025mm,軸向定位臺階與回轉中心垂直度為
0.025mm，軸向夾緊套為細牙螺紋，內徑比工件外徑大1mm，兩端面平行度為0.025mm。第三步車削加工:
[0044]下料:將材質為鋁合金LY12-CZ的管材下料成分段，確定切削位置；選擇刀具:選取各加工階段需要的刀具，將其按順序放入刀盤；粗加工:用硬三爪卡盤夾住工件一端外圓，光端面、打中心孔，調頭光另一端面確定長度L = 600mm，打中心孔；外圓半精加工:用硬三爪卡盤夾住粗加工后工件的外圓一端，采用第一刀具頂車外圓，調頭夾另一端外圓，頂車外圓未加工部分，外圓接刀痕為0.2mm，外圓留1.5mm余量；時效處理:對外圓半精加工后的工件進行時效處理，消除工件殘余應力，分為豎直負溫時效和豎直正溫時效，溫度分別為-60°C和150°C，時間分別為15h和4h ;內孔半精加工:將工件一端卡裝入彈性夾套內，工件外圓中部纏上彈性橡皮，中心架與外圓接觸部更換為尼龍定位輪，刀架前端加裝第二刀具且后端加裝與第二刀具重量相等的平衡桿，彈性夾套外部卡裝三爪卡盤，再將夾頭夾住三爪卡盤進行內孔半精加工并留余量0.8mm ;內孔精加工:將工件放入一圓柱形的定位裝夾筒內并旋緊兩端的軸向夾緊套，刀架前端加裝第三刀具且后端加裝與第三刀具重量相等的平衡桿，夾頭夾住定位裝夾筒，中心架支撐工件的另一端進行內孔精加工，第三刀具每次吃刀深度為0.1mm、走刀量為0.04mm/r、轉速為650r/min ;內孔半精加工完成后待工件溫度降至室溫后進行外圓精加工:上心棒裝夾并選用第四刀具精車工件外圓，第四刀具每次吃刀深度為0.12mm、走刀量為0.04mm/r、轉速為505r/min ;松開夾頭即得成品。
【權利要求】
1.一種鋁合金薄壁筒形件的加工方法，其特征在于:該方法包括以下步驟: (A)下料:將鋁合金管材下料成分段，確定切削位置； (B)選擇刀具:選取各加工階段需要的刀具，將其按順序放入刀盤； (C)粗加工:用硬三爪卡盤夾住工件一端外圓，光端面、打中心孔，調頭光另一端面確定長度L，打中心孔； (D)外圓半精加工:用硬三爪卡盤夾住粗加工后工件的外圓一端，采用第一刀具頂車外圓，調頭夾另一端外圓，頂車外圓未加工部分，外圓接刀痕< 0.25mm,外圓留1.5mm余量； (E)時效處理:對外圓半精加工后的工件進行時效處理，消除工件殘余應力； (F)內孔半精加工:將工件一端卡裝入彈性夾套內，工件外圓中部纏上彈性橡皮，中心架與外圓接觸部更換為尼龍定位輪，刀架前端加裝第二刀具且后端加裝與第二刀具重量相等的平衡桿，彈性夾套外部卡裝三爪卡盤，再將夾頭夾住三爪卡盤進行內孔半精加工并留余量0.8mm ； (G)內孔精加工:將工件放入一圓柱形的定位裝夾筒內并旋緊兩端的軸向夾緊套，刀架前端加裝第三刀具且后端加裝與第三刀具重量相等的平衡桿，夾頭夾住定位裝夾筒，中心架支撐工件的另一端進行內孔精加工； (H)外圓精加工:上心棒裝夾并選用第四刀具精車工件外圓。
2.根據權利要求1所述的鋁合金薄壁筒形件的加工方法，其特征在于:所述步驟(G)中所采用的定位裝夾筒兩端均設有工件軸向定位臺階，壁厚< 5mm,內孔與外圓同軸度(0.025mm，軸向定位臺階與回轉中心垂直度< 0.025mm，軸向夾緊套為細牙螺紋，內徑比工件外徑大1mm，兩端面平行度< 0.025mm。
3.根據權利要求1所述的鋁合金薄壁筒形件的加工方法，其特征在于:所述步驟(E)分為豎直負溫時效和豎直正溫時效，溫度分別為_60°C和120?150°C，時間分別為15h和4h。
4.根據權利要求1所述的鋁合金薄壁筒形件的加工方法，其特征在于:所述步驟(G)中的第三刀具每次吃刀深度為0.1mm、走刀量為0.04mm/r、轉速為650r/min。
5.根據權利要求1所述的鋁合金薄壁筒形件的加工方法，其特征在于:所述步驟(H)中第四刀具每次吃刀深度為0.12mm、走刀量為0.04mm/r、轉速為505r/min。
6.根據權利要求1所述的鋁合金薄壁筒形件的加工方法，其特征在于:所述步驟(F)和步驟(G)中均調整工件使其跳動量< 0.02mm。
7.根據權利要求1所述的鋁合金薄壁筒形件的加工方法，其特征在于:所述步驟(G)完成后待工件溫度降至室溫后再進行步驟(H)。
8.根據權利要求1所述的鋁合金薄壁筒形件的加工方法，其特征在于:所述步驟(G)進行中為防止熱變形采用煤油冷卻。
9.根據權利要求1所述的鋁合金薄壁筒形件的加工方法，其特征在于:所述步驟(F)中采用的彈性夾套的壁厚< 2mm。
【文檔編號】B23P15/00GK103949851SQ201410152643
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2014年4月16日 優(yōu)先權日:2014年4月16日
【發(fā)明者】汪植林 申請人:貴州凱星液力傳動機械有限公司