耐压薄壁组件数控加工工艺探讨

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摘要：通过对现有数控工艺进行分析，针对粗基准导致数控加工后壁厚超差的问题，改进校平工艺，校平后进行数控工艺调整，预留铣削余量，壁厚测量后进行补偿找正的数控铣削方法，通过数控加工实验和小批量加工，该工艺方法数控加工的耐压薄壁组件壁厚满足设计指标。同时针对机床对超声波测量壁厚的影响，0.5mm铣削余量对表面质量的影响进行了检测方式、数控加工余量的调整，调整后数控加工工艺完全满足设计指标需要。

关键词：耐压薄壁组件;数控加工;余量;超声波测量

0引言

耐压薄壁组件作为某型机载计算机的关键结构件，具有重量轻、耐压强度高、散热效果好的特点，其结构如图1所示。耐压薄壁组件在使用过程中，腔体内部受压，常规使用压力为1MPa，个别耐压薄壁组件在正常使用的情况下，出现鼓包现象，局部产生塑性变形，个别甚至局部破裂，通过分析发现部分壁厚不满足设计要求。耐压薄壁组件通过真空钎焊焊接形成，通过数控加工保证通道壁厚满足设计指标数控加工工艺是使壁厚满足设计指标，使耐压薄壁组件安全可靠不破裂的关键。

1组件数控工艺现状分析

耐压薄壁组件框体零件上预留了基准面，焊接校平后在精铣时作为找正基准，确定的加工路线为：找平基准面铣削侧面→找正型腔面基准盘铣表面→盘铣背面，保证耐压通道壁厚0.8mm→加工型腔面。通过对采用该工艺进行加工的5件耐压薄壁组件壁厚测量数据来看，型腔面的壁厚普遍较大，平均壁厚为0.95mm，盖板面的壁厚普遍偏小，平均壁厚为0.63mm。对同一组件测量数据进行分析，发现不同测量点壁厚相差约0.1～0.2mm，而且部分组件表面与通道倾斜了0.15mm，按照耐压通道壁厚0.7～0.83mm的要求，5个组件只有两个合格。对零件和加工过程进行分析，认为主要原因包括：1）耐压薄壁组件焊接后变形量为0.5～0.7mm，钳工校正后的变形量也有0.2～0.3mm。数控加工时以框体外表面定位，不能完全真实地反映内部耐压通道的位置情况。造成耐压通道壁厚误差较大。后续应改进校平方法，将加工前的组件平面度控制在0.1mm以下。2）测量数据显示，盖板面壁厚普遍比型腔面壁厚小。分析主要是在焊接时，焊料会流淌到作为定位找平的4个基准面上，使基准尺寸增加，若以原设计基准尺寸加工，会导致型腔面耐压通道壁厚增加（见图2）。后续数控加工时，可以调整基准尺寸，将盖板面壁厚尺寸0.8mm设置为0.9mm，使得加工后两面的壁厚保持一致。

2新数控工艺路线的制订

原数控工艺路线，以预留基准面作为数控基准，未考虑焊接变形及焊料流淌导致的基准增厚，数铣时一次铣削到位，因此造成壁厚尺寸不合格。为了避免粗基准导致的基准偏差，考虑进行基准修正，先将粗基准铣削至精基准，然后测量，通过测量值进行补偿找正来修正基准误差，因此制定新的组件数控工艺路线为：找平侧面基准铣削两侧面→找正型腔面基准，预留余量盘铣型腔表面→预留余量盘铣盖板面→壁厚检测→加工型腔面。同时，由于耐压薄壁组件焊接后变形量为0.5～0.7mm，如不进行适当校平，铣削均无法满足要求，数控加工前组件平面度与后续壁厚保证存在一定的关系.

3耐压薄壁组件加工试验

3.1耐压薄壁组件准备

耐压薄壁组件焊接后总体厚度大于20mm，原校平方法是采用钳工手工敲击的办法进行平面度的校平，校平后平面度大致在0.3mm左右，超出组件最终壁厚公差0.23mm，使后续数控加工来保证壁厚难度加大。鉴于此，对耐压薄壁组件采用热校平设备进行热校平的工艺，热校平设备工作台面为300mm×400mm，满足组件要求，可以整体校平。通过对热校平耐压薄壁组面度进行测量，均能达到0.15mm。

3.2耐压薄壁组件数控加工

在耐压薄壁组件校平的基础上，在北一大隈数控加工中心上采用新的组件数控加工工艺进行数控加工试验。采用平口钳装夹，找平侧面基准铣削两侧面铣削零件左右外形。平口钳装夹，找平4个基准面，如图3所示，预留0.5mm余量加工型腔表面。以铣削的型腔精基准作为盖板面铣削基准，盖板面预留0.5mm余量，铣削盖板面。铣削完成后，用超声波测厚仪进行盖板面壁厚的测量，如图4所示，对测量结果进行记录。根据测量壁厚结果，对组件重新装夹找平，将壁厚较大的部位用0.02mm垫片垫高，如图5所示。以壁厚最薄的地方为零点，壁厚较大的地方高于零点，保证盘铣上表面后，各处厚度接近一致。按照实测值去除余量，如实测值在1.35mm，铣削0.55mm来保证壁厚0.8mm。铣削后再次对壁厚进行测量，测量壁厚在0.76～0.85mm之间，满足设计要求。盖板面壁厚合格后，翻面以盖板面为基准，铣削耐压薄壁组件型腔面，如图6所示。精铣完成后，将耐压薄壁组件取下，对腔体面壁厚进行测量，壁厚尺寸在0.79～0.9mm左右，在设计要求公差内。

3.3耐压薄壁组件C型件加工

根据新工艺试验结论，用该工艺路线对14件C型件进行加工，在盖板面和型腔面均留余量0.5mm，粗铣后用超声波检验实际厚度，按照实际厚度去除余量，保证盖板面壁厚尺寸接近0.8mm。通过对14件耐压薄壁组件壁厚测量数据看，同一组件不同点之间的差值减小后，再加工型腔面后，壁厚接近0.8mm。在批量精加工盘铣盖板面时，实际去除余量是0.3～0.4mm，盘铣后能看到耐压通道的筋条和通道映射在表面，如图7所示，检测壁厚是合格的。分析是因为精铣时余量太小，通道处没有支撑，有微量变形，形成表面波纹。后续加工时，通过试验，将精铣余量增加大为1mm，波纹现象消失。同时在加工盖板面在机床上直接进行壁厚检测时发现，加工现场电源和机床干扰，使得测厚仪的超声波形很不稳定，测量困难，而且现场测量需要占用机床的加工时间，不利于提高效率，决定将加工后的零件取下在检验室测量并记录厚度数据。数控加工完成组件用超声波测厚仪检验盖板面和型腔面的耐压通道壁厚，每个组件的两个面各测量9个点，最小壁厚0.71mm，最大壁厚0.89mm。同一组件不同点壁厚差最大为0.15mm。从数据可以看出，型腔面和盖板面的壁厚接近一致，波动减小，对14件组件的盖板面和型腔面进行平面度检验，全部合格。4结语通过对真空钎焊耐压薄壁组件数控加工工艺进行研究，针对耐压腔体类零件采用间接基准来保证壁厚的方法，得出需要通过测量后进行修正补偿加工才能满足设计指标，同时对测量方式，加工余量预留参数等方面积累了经验。通过工艺研究得出耐压薄壁组件优化工艺，该工艺方法对耐压型腔类零件加工具有一定的借鉴意义。

［参考文献］

［1］王丽洁.典型仪表壳体类零件的数控加工工艺研究[J].机床与液压，2008(7):63-64,68.

［2］党喜龙.数控加工工艺研究[J].机电元件，2007(3):41-43.

作者:王祥 罗锡 单位:中国航空工业计算技术研究所