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摘要：在機械加工工藝設計過程中碰到薄壁零件一直是讓人頭疼的問題，特別是鋁合金材料，無法使用傳統的夾具或磁性吸附方式固定零件來完成零件的成形加工。本文通過對某典型薄壁框形零件結構特點的分析，制定了該零件的加工工藝路線，并對專用工裝進行了探討。我公司是一家綜合型機械制造企業，筆者所在的機加事業部專門對外承接機加工訂單，車間內擁有各型數控加工中心、立加、臥加及數控鏜銑床。最近公司開發的新產品中，需要加工一批圖1所示鋁合金薄壁零件壓板。

1.工藝分析

該壓板件為框形零件，長650mm，寬480mm，總厚度14－0－0.018mm，最薄處厚度僅5mm，屬于薄壁零件。內腔沉臺及大面上各有一圓孔，長邊靠近中線位置有4處半圓形缺口，如圖2所示。該壓板設計為鋁合金材質，整體框形。同時零件與關鍵重要部件鏡片直接接觸，表面粗糙度要求較高，對零件的加工工藝提出非常高的要求，不允許表面有任何的劃痕、印記等。關鍵控制點是厚度尺寸公差0.018mm和平面度≤0.12mm。該壓板是薄壁框形零件，考慮到批量較小及不適合開模等問題，最終確定選用厚度為20mm的鋁板直接下料。該壓板零件在加工過程中材料去除率達90%以上，所產生的加工應力會引起非常大的形變。為保證成品的平面度≤0.12mm和厚度14－0－0.018mm，工藝路線的制定必須考慮到零件的加工變形，需在粗加工后進行人工時效，去除加工應力。由于鋁合金不能采用磨的方式進行加工，為達到圖樣需要的表面粗糙度值Ra＝1.6μm、平面度0.12mm及厚度公差0.018mm，可以考慮選用小直徑鋁合金專用刀具，采用小的吃刀量分多刀進行精銑，同時半精銑留余量，先檢測平面度及厚度合格再進行精銑到位。具體工藝路線為：采購鋁合金板料→水刀下料→粗銑（單邊余量2.5mm）→人工時效→半精銑面（單邊余量0.8mm）→平面度檢測→精銑面→銑槽、鉆孔→鉗工處理→三坐標檢測→表面處理。

2.夾具設計

人們在加工薄壁型鋁材的過程中經常采用真空吸附裝置，但該零件加工面太小，空間不夠，無法順利實現密封，必須考慮利用傳統夾具來固定零件進行精加工。（1）基準面夾具因該零件材質為鋁合金，使用傳統壓板固定容易在表面留下壓痕，而且正在加工過程中需要換壓板導致加工不連續，產生接刀痕，影響加工精度，并且在切削加工過程中壓夾方式的不合理極易引起工件自身的變形，造成加工精度不合格。為尋找一種不直接在切削面加壓板而且夾緊力也不會引起工件自身變形的裝夾方式，經過上述分析，設計了圖3所示的工裝，使工件基本上能夠處于自由狀態下被切削，用于精銑基準面。該套夾具的組成結構如圖4所示：底座4通過壓板固定在立式加工中心的工作臺面上，端部帶圓弧的彈性體3通過底部螺釘孔固定在底座4上，彈性體3上部開口通過調節螺栓2來夾緊零件1壓板。該工裝單個彈性體對零件1的夾緊力很小，基本不會引起產品裝夾變形。為防止在銑削過程中工件隨切削方向串動，沿零件輪廓方向設置了多個彈性夾具體，既能滿足裝夾找正要求又不會引起裝夾變形。該套夾具的工作原理是：在加工過程中，采用鋒利的鋁合金專用刀具進行切削，吃刀量盡量小，X、Y向不完全限位，不會影響平面度，Z向通過彈性夾具體頂部限位，基本是在自由狀態下進行切削，能夠保證平面度，并在翻面加工總厚時將此面作為基準面。（2）非基準面夾具整個零件的厚度公差范圍只有0.018mm，除基準面加工要保證平整外，與基準面平行的非基準面加工也非常重要。除機床自身精度滿足外，不合理裝夾也會引起零件變形，從而導致厚度公差不能保證，為此設計了如圖5所示工裝。該套夾具的組成結構如圖6所示：工裝底板1固定在工作臺上，精銑凸臺面至平面度≤0.01mm作為支承平面，清潔干凈。零件2置于支承面，沿零件2四周設置多個壓點，利用螺釘3固定壓板5來壓緊零件2，此處需要注意螺釘不能擰得過緊，最好采用扭力扳手進行，控制單個壓點的力保證均勻。精加工內側沉臺面及孔時壓板5壓外圈，精加工上平面及孔時將壓板5、墊塊6、螺釘3及墊圈4移至內圈即可。

3.工藝驗證

在實際精加工過程中，采用精銑基準面夾具加工好基準面，送三坐標檢測平面度≤0.1mm。然后利用精銑總厚夾具定位基準面裝夾，壓板輕壓外側，精銑內腔沉臺至厚度5mm，然后壓板移至內側輕壓沉臺處，精銑總厚度至14－0－0.018mm及外側各尺寸。為保證不損傷零件表面，上述工裝底板及壓板均采用同樣材質的鋁合金來制作，還在適當位置設置定位銷來進行限位，提高同一工序不同零件裝夾找正效率。加工完成后送三坐標終檢，結果完全滿足圖樣要求，經過此工藝路線及方法批量生產，最終交付客戶的產品無一件不合格，成品如圖7所示。

4.結語

加工鋁合金薄壁零件，完全滿足厚度方向0～0.018mm的公差及平面度≤0.12mm，順利交付給客戶。為了達到圖樣精度要求，使用特殊工裝，保證了基準面的精度，才進一步為整個零件精度的保證提供了可行性。針對特殊零件應該跳出固有思維，采用靈活多樣的形式來進行工藝設計及工裝設計。

參考文獻：

[1]朱慶．真空吸附在薄型鋁材零件加工中的應用[J]．CAD/CAM與制造業信息化，2012（10）：85-87．

作者：何清賢 彭永輝 單位：宜賓普什聯動科技有限公司