张杰华

【摘 要】在工业领域铝合金薄壁零件加工夹具的设计十分重要，因此就要在设计中保证对薄壁壳体零件加工变形进行有效控制。本文在首选对零件加工条件进行研究，其次对夹具工艺的优化进行分析。通过分析发现对夹具进行优化，能够保证加工效率与质量，也能够为铝合金薄壁零件加工提供一些参考意见。

【关键词】铝合金；薄壁零件加工；夹具；刀具；毛坯选择

【中图分类号】V262.3 【文献标识码】A

【文章编号】2095-3089（2019）10-0251-01

目前薄壁殼体零件在航天等多个领域的应用十分普遍，在应用中存在变形情况较多与硬度不足等因素，对薄壁壳体零件的应用造成极大制约。所以就要加强对加工变形的分析，并更好的对加工变形进行控制，这样才能保证其质量。以此对铝合金薄壁零件加工夹具的设计研究具有重要意义。

一、影响薄壁零件加工精度的因素

第一，易受力变形。在加工过程中工件的壁较薄，这就使得在夹紧力的作用下，工件壁就会出现变形的情况，一旦出现变形就会对工件的精准度造成极大影响，进而影响下一阶段的工作；第二，受热出现变形情况。在加工过程中，由于工件壁较薄，这时就会在切削过程中的摩擦力下热度不断提高，进而出现变形的情况。当工件变形后，就对其尺寸的精准度很难控制；第三，振动变形。由于在加工过程中工件壁较薄，这就使得在粗加工过程中极易出现切削力，使得工件出现变形，这就会对工件的精准度造成极大影响。对影响薄壁零件加工精度的因素进行研究，对夹具的设计研究具有重要价值。

二、加工工艺

在对铝合金薄壁零件的加工工艺进行分析时，是通过某零件进行的。某零件为一个长方体结构，长、宽、厚分别为435mm、356mm、20mm，且该零件是由铝合金制作而成。在对该零件进行加工过程中要求平面度与粗糙度控制在0.06mm与Ral.6。在加工过程中对铝合金采用进行应用时，很容易受到废屑的影响，造成刀瘤的出现，废屑出现的原因是在加工过程中与粗糙度有直接联系[1]。同时，在对该零件进行加工过程中，铝合金材料受到摩擦很容易出现变形与发热的情况，对加工的有效进行造成极大影响。切削震动也是铝合金材料加工过程中产生的不利因素，很容易对加工质量造成影响，这就会导致机床的使用年限造成极大影响。

三、夹具设计的原则

1.按照零件的特征进行设计。

在设计夹具过程中一定要按照下面的要求进行，这样才能保证夹具设计符合要求。第一，保证其硬度符合要求，并在处理时通过人工完成；第二，保证夹紧的稳固；第三，在设计过程中一定要保证夹具使用的便捷性；第四，保证加工过程的简单易操作。由于在加工过程中，铝合金原料的刚性效果不好，因此在夹具制作过程过中要保证以下几个方面的内容：

1.1 在夹具使用过程中，定位点上是夹紧力的主要位置，因此要保证定位点的刚性符合要求。不同的接触面大小的处理会有不同的结果。一般情况下保证夹具的稳定，这样才能满足其使用效果[2]。接触越小夹具的稳定性越高，但接触面越大也会出现夹紧力越小的情况。因此在零件加工过程中要对接触面进行合理设计，接触面积应当适当增加，这样才能减低受热变形的情况。

1.2 由于压紧力过大，在零件装夹过程中会出现变形的情况，因此在设计过程中要保证压紧力不是很大。通过实验发现，在压紧力相同的情况，当变形为1时，情况为三点夹紧，等变形为1/16时，情况为六点夹紧，而在十二点夹紧的情况则可忽略不计。所以零件出现变形的情况会受到夹紧力的影响，一般情况下夹紧力与变形情况呈反比。同时，也能对压紧力的承受点进行合理改变，从而保证在力的作用力下，零件部位不会发生变形的情况。

1.3 在设计过程中，如果遇到较为独特的零件，可以将辅助支撑添加到夹具中。

2.夹具设计。

在设计过程中使用传统的方法设计零件加工夹具。当毛坯件是被夹住时，对精度的要求不是很高，一般可以采取浮动定位销、辅助支撑与支撑钉完成，数量分别为2个、3个、3个[3]。并根据实际情况，选择夹具上的3个位置进行压紧点的位置，在这三个位置用气缸压紧。当对毛坯件进行测试时是利用夹具完成的。在进行测试过程中发现，有三个点的平面与设计图纸不一致，也就是在这三个点变形情况较为严重。造成变形情况的原因是由于对这三个位置的保护力度不足，且与夹具的距离太远，压紧力的承受范围大幅提升。

3.夹具改进设计。

对夹具进行改进设计的主要目的是对零件的变形问题进行有效解决，通过加强筋的应用，对零件的变形区域进行固定[4]。完成改进后，相比于原来的夹具得到很大优化。压紧点的数量增加1个，也对原有的3个辅助支撑的位置进行合理调整。并完成改进后要进行测试。

当完成测试后，发现不符合要求的平面度只有一个位置。造成不符合要求的原因是由于在进行人工辅助支撑过程中未能进行合理操作，从而出现错误，这就使得辅助支撑的作用极大的降低。对该问题进行解决时，一般是将气动支撑代替原来的人工辅助支撑，这样就能有效较少人工的参与，从而降低人工操作过程中产生的影响。因此就要对原来的人工辅助支撑进行调整，并将其调整为气动支撑，等完成调换后，再进行测试。通过测试发现，毛坯件平面度符合设计要求。对刀具的改进设计，有助于满足平面度的设计要求，进而提高加工的精准度。

4.刀具选择。

当零件完成加工后，对粗糙度进行测量，结果显示为：1-10号的粗糙度为3.255μm、2.684μm、2.951μm、3. 684μm、3. 514μm、2.875μm、3.241μm、3. 487μm、3. 853μm、3. 117μm、平均值为3. 266μm。

当零件进行粗糙度测量时，要保证零件是经过加工的，零件的粗糙度是Ral.6，且粗糙度与设计标准不相符合，因此就要对其进行改正。因此对刀具进行选择时，一般将原有的一道工序改为两道工序，并使用粗铣、精铣。在加工过程中零件为薄壁件，在加工过程中要降低刀具的影响，所以规避震动引起的问题，就要选择合金刀具，这样才能保证刀具的硬度，这时就要将加工工序进行增加，有两道工序增加为三道，并且在增加上半精铣，这样才能降低在加工过程中出现震动的影响。当完成刀具现在后，要及时进行检测，且检测结果满足设计需求。

当完成工艺调整后，粗糙度的测量结果为：1-10号的粗糙度测量结果为1.244μm、0.968μm、1.312μm、1.054μm、1.210μm、0.814μm、1.322μm、1.221μm、1.058μm、1.04μm、平均值为1.121μm。

四、毛坯的设计

1.方案一。

在对产品进行试制过程中，一般在航空产品中，试制产量较小，因此在设计中一般以单件为主。在对单件进行加工时，存在一定的难度，这时由于工件不是一个圆件，因此就需要在零件的内壁与外壁进行槽孔的加工。在机床上进行连续切削，但在固定过程中存在一定难度，因此需要夹具进行固定。但零件壁厚度较低，如果直接进行加工，极易出现变形的情况。所以在设计中要在零件的上下端安装弧形板，弧形板的内外径分别为252mm、306mm。通过这样的设计就能增加夹具与毛坯的接触面积，这样就能防止出现变形的情况。

2.方案二。

在进行产品批生产时，就目前来看原有的零件已经无法满足当下的情况，这时由于单个的零件夹角在120度以内，因此一个圆形毛坯能够通过三个零件构成，且在圆内应力分布较为均匀，这样就使得夹具的应用较为简单。因此在夹具设计中，保证在整圆的上下端安装圆形板，圆形板的内外径分别为252mm、306mm，在零件上端与下端进行加厚处理，加厚的厚度分别为8mm、6mm。这就要求在毛坯选择过程中按照自身的实际要求进行，保证加工的质量与效率。

五、结语

铝合金薄壁零件加工过程中会受到各种因素的影响而出现变形，这就要求对夹具、刀具等各个方面进行优化与改进，从而满足设计需求。因此在改进过程中要对加工工艺进行合理优化、严格按照夹具设计的原则进行改进、合理选择毛坯的设计方案，这样才能满足设计要求，降低在加工过程中出现变形的情况。同时对铝合金薄壁零件加工夹具的设计研究，有助于提高我国该行业的可持续发展，实现在市场竞争中的核定地位。

参考文献

[1]廖凯，张萧笛，车兴飞，等.铝合金薄壁件加工变形的力学模型构建与分析[J].哈尔滨工业大学学报，2018，50（5）：166-172.

[2]樊建勋，徐仁乾，胡自化，等.基于直纹曲面重构的铝合金薄壁件加工变形误差补偿方法[J].航空制造技术，2017，530（11）：99-104.

[3]任清川，周永，徐雷.深冷处理对2A12铝合金薄壁件尺寸稳定性的影响[J].轻合金加工技术，2018，46（4）：64-67.

[4]閆牧夫，卢琛，张程菘.基于等Biot数的ZL205A铝合金大型薄壁件准同步淬火微变形研究[J].机械工程学报，2018，54（9）：69-76.