薄壁零件铣削变形的控制研究
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作者:宋荣灯
摘 要：针对高精度，带密封槽的薄壁零件铣削，控制其加工变形尤为重要。装夹方式、压板位置等的选择，刀具切削力大小，切削热的控制对其加工变形影响极大。针对以上影响因素进行把控，有效控制零件加工变形。
关键词：薄壁零件;高精度;装夹方式;压板位置;切削力;切削热;应力集中;变形
“智能轨迹导向系统”有“地下巡航导弹”之称，用于复杂地质结构地层油气勘探与开采。目前，“智能轨迹导向系统”等井下工具技术被国外几家大公司所垄断，并对我国采取禁售政策。我国目前使用的该产品，均为高价租用国外的。打破该项技术封锁，是航天科工产业的一大布局，是航天科工赋予我公司的一项重要使命。“智能轨迹导向系统”零件在地下承受高于100MPa以上的压力，具有结构紧凑，精度极高等特点，其中，存在大量薄壁零件。该系统为机、液、电的集合体，其中间安装有大量探测电路、传感器探头等，严禁出现液体浸蚀、电路短路现象，因此零件密封性要求极高。解决薄壁零件加工变形，是保证零件密封性的关键所在。
1 工件结构特点与传统加工方案
传统薄壁零件铣削一般放于镗床或龙门加工中心上进行加工。分别以零件已加工的背面作为定位基准，搭压板压平后，分粗、精铣进行加工。其间，也有松、紧压板等动作，但由于装夹方式中，工件受力点不合理，装夹变形无法有效消除，造成精加工完成后，零件产生翘曲、扭曲等变形。
图1零件，其外形为650×84×24，为典型高精度薄壁零件。背面为R97圆弧面，其正面为平面度为0.04的平面。中部有295×30、324×26交叉形腔，形腔外侧有2.25×6的环形密封槽。其交叉形腔的交叉位置，在加工中会因为应力集中，造成零件加工完后变形。
在原来的加工方案中，工件加工面朝上，在龙门加工中心上，采用工装（图2）以R97圆弧定位，用螺钉压紧工件两侧，厚度及形腔留2mm加工余量进行粗铣开坯;松压紧螺钉，让零件先充分变形后，在压紧螺钉，精铣形腔、密封槽及平面。采用此种方式进行加工，最后，检测平面翘曲变形量为2mm，且伴有扭曲现象。分析原因：（1）在R97圆弧定位，铣刀向下进行加工，切削力使工件产生塑形变形，產生切削残余应力集中，中途虽然通过松紧压板，能消除部分残余切削应力，但精加工时，有会产生新的切削残余应力;（2）在精加工时，将形腔与密封槽、平面一起完成，其形腔突变位置依然会产生加工应力，并得不到及时释放。综上原因，零件加工完成后，产生了较大变形，不能满足设计要求。
2 加工方案调整及实施效果
针对以上变形原因的分析，在加工方案上进行了调整，具体为：
2.1 更改定位位置，改变装夹方式
如图1所示，改原来R97圆弧面定位为已加工的两侧面其中一面定位。压紧方式由原来工装上螺钉压紧改为压板压紧。其压板位置选用左、中、右三点压紧。这样，增加了侧面的压紧力，避免了原来因螺钉压紧力偏小，当刀具切削时，工件在厚度方向产生较大塑形变形。
2.2 变粗、精铣加工为粗铣、半精铣、精铣
其中，粗铣是为了开粗，除中部形腔直接铣削到位，其余各加工位置均留2mm加工余量，去除多余的材料;在半精铣时，平面及密封槽均留0.2mm加工余量;在精铣时，分两刀，尽量减小切削力，将平面及密封槽加工到位。其中，将中部形腔在粗铣是加工到位，是结合零件使用功能，改形腔为流体过孔，后续小得形变，不影响其功能性，且前期加工到位，有足够的时间及手段消除形腔突变产生的应力集中。
2.3 合理设置粗铣、半精铣、精铣间隔时间
其间，采用“先松中间压板，再略微带力压紧中间压板，最后，完全松掉两侧压板”的步骤松、紧压板，使加工时产生的残余应力向两端释放，同时保证工件不移位。间隔时间也保证了工件完全冷却，消除因切削热产生的变形。
2.4 在切削过程中，冷却液要给足，避免工件因切削热聚集，造成温度上升
通过加工工艺方案调整，采取诸多手段，有针对性地解决薄壁零件铣削变形的问题。加工结束后，该零件上三坐标检测，结果显示，所有尺寸精度及形位公差均满足设计需要。结果表明，采用以上手段，有效的控制了薄壁零件铣削变形的问题。
3 结语
根据零件结构特点，开动脑筋，注重细节，有针对性的采取预防措施，制订加工方案，可以有效的提高加工零件的形位精度和尺寸稳定性，大大提高工件的合格率。该调整后的加工方案，为我们提供了一条铣削薄壁零件的思路，为以后类似产品的加工提供了全新的思考。
参考文献：
[1]杨叔子.机械加工工艺师手册[M].北京：机械工业出版社，2001.
[2]邢鸿雁，陈榕林.机械制造难加工技术.机械工业出版社，2008.11.
作者简介：宋荣灯（1983-），男，汉族，广西南宁横县人，专科，研究方向：机械加工技术。
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