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多孔薄壁铝合金壳体加工工艺研究
发布日期:2020-12-18  来源:中国设备工程  作者:郎俊峰  浏览次数:260
核心提示:摘要:本文主要阐述了对多孔、薄壁铝合金零件在冷加工过程中的工艺思路 , 以及在整个加工过程中对各加工难点的加工方法说明 ,
        摘要:本文主要阐述了对多孔、薄壁铝合金零件在冷加工过程中的工艺思路 , 以及在整个加工过程中对各加工难点的加工方法说明 , 对类似零件提供加工经验。

关键词:壳体;铝合金;薄壁;多孔

作者:郎俊峰 作者单位:中国航发贵州红林航空动力控制科技有限公司

 随着国际航空转包产品的蓬勃发展,客户之间的合作也趋于密切,零件加工的难度也由最初的单一,简单化零件,发展到复合工艺流程的高温合金异形件,精密组合件,乃至难度较高的多金属箱式壳体零件。由于受飞机自身重量的限制,许多壳体类零件的材料更倾向于铝合金材料。如材料牌号为 L168、6061、2024等这些国际通用的铝合金。这些类型的材料通过前期的冷加工成型、后期的表面处理,同样可以达到很好的耐腐蚀及耐磨性能,在空客、波音乃至我国的 C919 等各类民用客机中的部件中都有应用。今天我们研究的是多孔,薄壁非对称结构的铝合金壳体的加工方法。

一、加工难点说明

(1) 零件总计49 个孔, 零 件 壁 最 薄 处 只 有3mm。(2)共 14 个孔公差在 0.01mm 以内 , 其中 7 个内孔公差为 ±0.004mm。(3)有 4 个小孔的位置度公差要求不超过 0.025mm。如图 1 所示。

 QQ截图20201218142710

二、加工方案

薄壁多孔类的零件在加工上可遵循通用的壳体类零件加工规律,如图 2 所示。即粗加工、半精加工、精加工;其中精加工时可根据零件具体的外观形状、尺寸的公差的要求 , 通过绗磨、研磨、磨工、精镗孔等一些精加工工序达到最终的要求。在设备精度等级允许的前提下也可以直接加工到最终尺寸。从原材料开始,可根据客户的要求使用铸件毛坯或者原始铝块开始进行加工。使用铸件的话可在前期粗加工中节约大量的加工时间。
QQ截图20201218142753

(1)在粗加工过程中,壁厚及深度尺寸需为半精加工预留 3mm 的尺寸,精密孔尺寸预留 0.5mm。就图1 零件而言,同时要做好后期加工的工艺定位孔。使用工艺定位孔配合销子进行零件的后期加工。工艺孔建议做在零件两壁成 60°夹角,保证在后期加工过程中受力均匀且尺寸稳定。孔尺寸 5mm,公差 +0.005 为宜。如果设备条件不允许,无法同时加工两面的话,还需至少再增加两个工艺孔,及两边各两个定位孔,从而增加在后期精加工阶段零件的稳定性,见图 3。
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(2)在半精加工阶段,可以对所有公差大于0.01mm 以上的尺寸加工到位,包括零件的壁厚、型腔以及一些公差在 ±0.1mm 以上的其他尺寸。为了节约加工时间,所有精加工孔尺寸可选择预留 0.5mm。在精加工时进行。这里需要注意的是,零件在半精加工结束后 4 小时内需进行时效去应力处理,否则零件在进行大量切削后,会释放大量的应力而造成零件变形,见图 4。

(3)根据零件不同的材质,零件的大小,选择合理的去应力温度和时间,有效的去除零件的机加应力,为后期精加工提供有效保障。

(4)为了保证精加工的高效及稳定,在半精加工完成后,可对零件两个面简单进行一道研面处理,保证两个面的整体平面度在 0.01mm 以内。

(5)在精加工阶段可根据自身设备的条件选择加工方式。在只有三轴加工中心的时候,需先加工好一个面的精加工尺寸,有条件的话选择使用热装柄装夹镗刀;根据图纸的需要,有四个孔的位置度需保证在0.025mm 之内,所以在加工好一个面后,需用这个面中的两个孔作为定位孔,而非之前我们在粗加工时预留的工艺孔进行定位,只有这样才能有效的保证这个0.025 的孔位置度,见图 5。
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(6)有条件的可直接使用四轴加工中心直接加工两个面,当然 , 需要制作一套平板夹具做支撑。通过多次试验,为了最小的避免零件在装夹和加工期间产生的变形,平板夹具需简单进行热处理,HRC ≥ 35,装夹面平面度 0.01mm 以内。平板夹具装好后拉平找正,调到要求在 0.01 以内即可。

三、注意事项

(1)由于零件本身属于加工难度较高 , 而且公差十分的严格,所以对加工环境的要求也提出了较高的要求。鉴于零件材料本身属于铝件,加之零件整体加工周期较长,所以在零件在加工完成后一定要把零件表面的冷却液清洗干净;同时周转及等待加工的过程中,建议使用气象防锈袋进行保护。

(2)在零件精加工阶段,受零件尺寸公差的影响,一定要在室温环境为 20℃ ±1℃的环境中进行加工。

(3)对于精密孔的测量,建议使用数显式三爪内径千分尺对比环规进行测量,同时使用分组式合金塞规进行辅助测量,确保零件加工的尺寸合格。

四、结语

通过近 1 年的试制和调整,摸索出来一套较为完整的加工工艺路线,对于这一类零件的加工提供了宝贵的加工经验。

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