大型薄壁深腔端框零件的车加工工艺分析论文
1 引言
某新型运载火箭为我国最新研制的大型运载火箭，整体直径为 5m，该型号关键结构件卫星支架为倒 F 型结构。其结构特点为：深腔、大倾斜角和薄壁结构等。受其自身复杂的结构特点制约，实际加工中存在以下几个工艺问题：装夹困难，装夹位置及压边数量较难选取，装夹位置、数量及装夹方式的选择会严重影响零件加工精度;易变形，该支架为典型的薄壁结构件，加工中随着材料的去除，内应力及热应力导致变形，且在加工过程中让刀严重，加工精度难以保证;排屑困难，由于倾斜深槽的存在，切刀倾斜安装存在困难，并随着切槽深度的增加，将导致排屑不顺畅，以及切屑挤压已加工型面导致结构变形甚至槽底开裂;测量困难，由于设计所给多个尺寸为尖点尺寸，加工过程中不易测量。本文以该新型运载火箭卫星支架为研究对象，根据该结构件的加工特性，提出了一系列的工艺优化方法，并最终在保证设计精度的前提下实现该零件的加工。
2 工艺技术方案
零件材料为铝锻件(2219/T852)，零件结构为倒F 型角度框，工艺要求保证内径尺寸为 Φ(5036±0.2)mm，薄壁倾角 56°±15′，壁厚 2mm，整体高度 72mm，槽宽 8mm，深 33mm，槽底存在 R2mm 圆角，外圆圆度要求 0.5mm，端面平面度要求 0.5mm。产品三维结构如图 1 所示，从中可以看出，该产品主要加工难点在于工件装夹、排屑、尺寸测量和减小工件变形等方面，进而保证产品设计要求。
2.1 零件装卡
为保证零件在加工过程中均匀受力，防止径向变形，装卡采用轴向下压方式。根据以往加工经验，当定位点距离大于 350mm 时，倒压板后的工件的圆度都会大于 0.25mm，由此可见，只有让定位点距离小于 350mm ， 才 能 使 变 形 量 不 大 于 公 差 的 一 半(0.2mm)，进而保证壁厚公差要求(±0.2mm)及倾斜角度公差要求(±15′)。
2.2 刀具选择
根据零件材料特点，该零件材料具有良好的'抗疲劳强度、塑性和韧性，车削时，切屑和刀具表面摩擦力大，容易造成粘刀，且根据零件加工直径大、走刀时间长、材料去除量大的特点，刀具需能够实现较大切深，并具有较好的耐磨性。因此，粗车时，选用SANDVIK 的 VCGX-16 04 08-Al 涂层车刀，精车选用手工刃磨的 YW1 硬质合金车刀。
2.3 刀具装夹
为实现刀具 56°倾斜装夹，设计制作了专用小刀架。如图 2 所示，小刀架设计成可双向装刀，两侧均设有压紧螺钉。正装时适用于下端框零件(向内倾斜槽)的加工，反装时可作为上端框零件(向外倾斜槽)装夹车刀使用。
3 工艺设计及实施
在分析工件结构及其材料特性的基础上，为有效控制加工过程中零件变形，制定以下总体工艺方案：粗车→振动时效→半精车→振动时效→精车。通过安排两次振动时效工序，使应力得到充分释放，材料组织内应力均匀分布，在后续加工中保证加工精度。
粗车，零件由约 1.5T 毛坯材料车至成品后，约重为 30kg，材料去除量大，零件变形大，粗车过程中留车工艺边，为后续工序的大余量去除提供可靠的压紧方式。粗车采用大余量去除快速车削的方式加工。
半精车，在径向留余量 5mm，高度方向留余量3mm，为方便装夹，在精车内型时留工艺压边。同时考虑中间槽壁薄的特点，将粗开槽工序安排在半精车工序。
4 加工结果测量
利用本文所提出的加工方法，精车完后在装卡状态下，使用超声波测厚仪(型号 GL5)，取 48 处位置对壁厚(2±0.2)mm 尺寸进行测量，所得数据均在2.02～2.15mm 之间，符合公差要求;薄壁的上下位置处厚度差小于 0.05mm，说明本文加工方法对切削过程中的让刀现象控制的较好;利用机床 X 轴与 Z 轴坐标，对斜壁角度精确测量，测量值均在公差要求±15′之内;用百分表打工件外圆圆度为 0.15mm;其他尺寸及粗糙度也完全符合工艺要求。
松开压板后，用百分表测得自由状态平面度为0.12mm，测自由状态外圆圆度为 0.9mm，工件变形较小，状态理想，各尺寸公差满足设计要求。
5 结束语
由于新型号产品尺寸大，薄壁，结构复杂，加工精度要求高，设计专用工装将导致成本大幅增加，利用本文加工方法，可以在不使用专用工装的情况下完成该复杂结构件的加工，并满足设计需求，大量节省制造成本，并缩短生产周期。通过后期的多次加工，充分验证了该加工工艺方法的可靠性，加工状态稳定性和加工精度可控性。
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