细长桁架薄壁T形槽导轨加工技术

2022-09-20彭华武彭洪涛潘喜利

金属加工(冷加工) 2022年9期

关键词：铣刀点焊装夹

彭华武，彭洪涛，潘喜利

江山重工研究院有限公司湖北襄阳 441116

1 序言

图1为大型细长桁架式T形槽薄壁零件，是某装填装置的重要导向部件，其T形槽导轨长度为8m，T形槽单边壁厚（3.5±0.5）mm，槽底厚度（3.5±0.5）m m，槽宽（166±0.3）m m，深度66mm，加工后质量控制在260kg以内。

图1 大型细长桁架式T形槽薄壁零件

2 加工中存在的问题

（1）刀具选择不合适本例材料硬度在30HRC以下，传统铣削方法使用普通三面刃铣刀（见图2），速度较慢，可满足切削加工要求。但是切削阻力较大，加工薄壁处工件振动严重，出现刀具后刀面急剧磨损和崩刃现象，且容易造成刀具折断。对于此件来说，金属去除量非常大，变形量也很大。

图2 传统普通三面刃铣刀

（2）铣削方式不合理细长薄壁件长达8m，薄壁T形槽两侧导向面的壁厚＜3.5mm，槽底滚道面厚度为3.5mm，且深度达66mm。加工刚性差，当采用逆铣时刀具“挖刀”，产生过切现象；当采用顺铣时刀具“让刀”，产生欠切现象。两种铣削方式都难以克服工件刚性差的问题。为保证较为正常的切削状态，首先要提高工件的加工刚性。

（3）工件装夹困难工件只有处于正确的加工位置，才能保证加工余量均匀，特别是关键尺寸，薄壁槽两侧面和槽底厚度在3.5mm以上。操作人员需要多次在机床上反复进行测量、试切和调整共3个步骤的操作，才能保证工件处于上下、左右方向合适的位置。装夹时如果采用的压紧力、方向及作用点不合理，也会引起工件变形，严重的甚至造成报废，对操作人员技能水平的依赖性较高。此外，由于工件细长，压紧力过大会造成工件变形；压紧力过小工件会产生位移，造成不合格品，因此必须制定一套合理的装夹和找正方案，实现工件的准确定位和快速安装。

（4）受焊接和切削残余内应力的影响细长焊接件加工完成后，松开压板，工件发生“S”状形变（见图3），直线度较差。如何制定科学合理的切削路线和切削用量，减小切削变形，是保证薄壁槽直线导向作用的关键，也是急需解决的问题。

图3 工件发生“S”状形变

3 改进后的加工措施

改进后的加工措施如下。

1）采用可转位涂层合金槽铣刀代替传统的三面刃槽铣刀[1]。传统的T形三面刃铣刀切削速度vc=50m/min，加工效果差；新型可转位涂层合金槽铣刀（见图4）切削速度设置在vc=250m/min，同时采用较大前角、错齿排列方式[2，3]，切削阻力减小，可明显改善振动现象。此外，为进一步提高刀具的切削效果，本例采用数控龙门可升降式横梁铣床加工，尽量降低横梁高度，从而提高机床实际加工时工艺系统的刚度。

图4 新型可转位涂层合金槽铣刀

2）增加薄壁处的加工刚性[4]。通过焊接工艺加强筋的方法增强薄壁件整体刚性（见图5）。加强筋采用矩形管形成包围式整体性结构并进行点焊，避免吊装引起的变形；点焊在工件需要进行补强加工刚性的位置，使工件在刚性最弱处的加工刚性得到增强。点焊加强筋时需要捶击焊点位置，减少点焊工艺拉筋引起的焊接变形。此外，点焊位置还须满足压板压紧位置的需要。

图5 通过焊接工艺加强筋的方法增强薄壁件整体刚性

3）用“绷线法”找正试切工件。工件刚性增强后，不容易产生过大的形变，从而增加操作人员找正试切工件的难度。使用“绷线法”（见图6）检测工件加工余量是否均匀，可减少操作人员反复检查试切工件直线度的工作量。

图6 绷线法

4）加工工艺优化，细化加工步骤，增加精基准铣削工步。找正后可以在工件底面见光，使底面平整，图7所示为铣精基准。有了精基准，就为下一步加工效率的提高奠定了基础：①使用点焊的工艺拉筋作为增加的工艺凸块，工艺凸块可以起到作为压紧点的辅助增强工件刚性的作用。②采用夹的方式可将弱刚性薄壁零件围成整体形式，提高整体加工刚性。③采用顶的方式增加槽底的切削支撑力，避免底齿让刀后回弹尺寸不合格。④采用挤的方式，加工时采用顺铣的铣削方式，使切削力指向挤的方向，多维度减少工件振动，从而全方位提高装夹效果和可靠性（见图8）。

图7 铣精基准

图8 全方位提高装夹可靠性

图9 分段去应力及插铣法

5）结合使用分段去应力法和插铣法[4]。分段去应力及插铣法如图9所示，将工件分为7段用插铣法释放应力，避免过长距离加工热量累积和内应力引起的变形。分段切开后相当于分散其应力集中变形；插铣法的好处是轴向受力切削，减少薄壁处的加工振动和变形。此外，再采用减小破坏工件切削刚度法，从加工刚性最差位置开始加工，避免过早对工件刚度的破坏，保证加工刚性。最后采用对称铣削法编程，小切削、大走刀方式对称加工，进一步减少金属切削时产生的工件变形。