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摘要：随着经济的发展和社会的进步对我国的各行各业都产生了十分深远的影响，尤其是经济的发展在很大程度上带动了科技的发展，而科技的发展将直接带动铝合金薄壁零件加工技术的发展。铝合金薄壁零件的应用十分广泛，为减少在加工期间的变形情况，本文对铝合金薄壁零件加工夹具的设计进行系统的探究。
关键词：铝合金；薄壁零件；加工；夹具
薄壁零件在当前社会中是一件应用比较广泛的零件，尤其是在航天材料的制作方面，多能看到薄壁材料的身影。但是薄壁材料本身的硬度比较小，在加工的过程中稍有不慎或者使用的器具不合规格便容易造成薄壁材料变形的情况。如何有效的控制其变形一直是人们未曾彻底解决的问题。基于此，本文对零件的夹具进行分析和研究，并且结合各项的测量数据来实现对夹具的改进。
1 铝合金薄壁零件加工过程中存在的问题
某需要加工零件为长方体，长度为435mm，宽度为356mm，厚度为20mm，由铝合金制成。加工要求其平面度为 0.06mm，粗糙度 Ral.6。铝合金材料的韧性以及其本身的可塑性都比较好，但是在对其进行切割的过程中容易出现吸附现象，如在加工的过程中，已经被切掉的碎屑很容易吸附在刀具的刀刃上，从而形成一种比较聚集的碎屑“瘤”，而这种现象一旦形成之后将会很大程度上影响刀刃的使用情况，废屑不能够及时的排出并且很大程度上影响到加工材料的粗糙程度。
此外，在进行加工的过程中铝合金材料十分容易发生变热反应，而一旦变热之后便十分容易变形，从而产生且切削震动的现象，这种不正常的现象将对加工过程的本身产生很大的影响。切削震动现象的发生不仅仅是会影响到加工完成之后的材料的质量，更会大大降低刀具本身和机床的使用效率和寿命。
2 夹具的设计的原则
2.1如何设计夹具
在进行夹具设计的过程中应满足以下几点要求：其加工的材料应具备足够的硬度，并且适当对其进行人工时效处理；在进行加紧处理时应注意其稳固程度；使用的过程要简洁方便；加工过程容易。并且受到铝合金材质的影响，在进行加工的环节中还应格外注意以下几点：
①受到其使用特点的影响，其夹紧力会施加在定位的面上， 因此在此处的设计的过程中注重其坚硬程度；而对于接触面的大小设计来讲，不同的思考角度会产生不同的表现方式，若从稳定性的角度上来思考，则应将接触面设计的越小越好；而从夹紧力的角度上来考虑，则应将接触面设计的越大越好。这是因为此处的接触面在进行加工零件的过程中会产生受热变形的现象。
②零件的装夹部位易产生变形是因为这部分容易受到压紧力的影响，压紧力的大小将直接导致其本身的使用情况。研究显示，在等同压紧力下，三点夹紧的形变为 1，六点夹紧的形变为 1/16，十二点夹紧的形变可忽略。可见，通过适当的增加压紧力施加点的方式来减少压紧力承受部位的压紧力，从而使之能够不易让施加点产生变形的情况。
③在针对部分特殊的零件如壁薄和尺寸都要求较高的零件的加工过程中，可适当的通过添加辅助支撑的方式来减少压紧变形的情况。
2.2夹具的设计
据传统的设计方式进行设计，初始的设计图情况如下：
受到毛坯件的影响，及其定位孔的精度比较差，因此夹具采用 2 个浮动定位销，3 个辅助支撑、3 个支撑钉，并选用 3 个压紧点用气缸压紧。
在使用该夹具的过程中对五个不同毛坯件进行实验分析，具体数据见下表（测试点见上图二）：
上图可知在所有的测试点中，五个毛坯件的数据都显示1/5/9三个测试点的数据比较差，经研究后发现，这三个点的零件壁比较薄并且并没有强筋的加固，因此在使用的过程中容易产生加工变形。
2.3改进夹具的设计
图三、改进后的夹具结构
改进后的夹具在原有的结构上增加了一个压紧点，并调整了三个辅助支撑的位置，调整好后进行了试加工。测试详细结果见表二：
测量结果显示除去测量点1之外，5/9测量点的数据都能达到要求，为此积极分析1测量点存在问题，研究后发现由于操作者没有正确使用辅助支撑，导致在加工过程中辅助支撑失效，所以加工件平面度超差。为此应避免测量员的操作问题，如通过适当的加之辅助工具的方式。
2.4对刀具的选择
将已经加工完成的零件其表面进行测量，发现该零件表面的粗糙度为 Ra2.0，这样的粗糙程度完全不能达到使用的标准，需对加工工序进行改变。原本铣平面的刀具全部是采用普通刀具，原本工序分为粗铣和精铣两道工序。由于此零件为薄壁件，加工过程会引起零件震动，长时间加工会对刀具产生非常大的损伤，所以要将刀具改为硬质合金刀具，且将前面的两道工序增加到三道，在原有的两道工序中再加上半精铣，以有效减少加工过程中零件的震动。随后对零件再次进行检测，结果各项数据符合设计要求。
3 结语
综上所述，铝合金薄壁零件加工技术虽然起步比较晚，但是在经历一段时间之后我们已经对其本身的加工技术有了一定的认知。面对现阶段夹具加工设计，应积极在之前数据的基础上寻找更合适的加工方式，积极调整和改进加工所使用的材料和器具，提升零件本身的精准度。在存放零件的过程中还应注重保护其加工表面，使之不至于受到破坏。另外在针对其他零件，工具加工的环节中，可适当将此种方式作为参考。
参考文献：
[1]申伟,张利军.消除薄壁管壳加工变形的夹具设计[J].金属加工(冷加工),2018(02):54-55.
[2]林镇水,周建颖.铝合金薄壁零件加工夹具设计[J].现代制造技术与装备,2017(01):55-56.
[3]廖凯,尹万武,张萧笛,薛连峰,吕佩琪,杜攀,杨政.一种用于薄壁框架类零件铣削加工的夹具设计[J].机床与液压,2017,45(08):15-18.
[4]王宏明. 大型薄壁零件组合式真空吸附夹具研制与应用[A]. 中国航空学会.全面建成小康社会与中国航空发展——2013首届中国航空科学技术大会论文集[C].中国航空学会:,2013:5.
[5]俸跃伟. 辅助支承夹具在薄壁机匣加工中的应用[A]. 中国科学技术协会、贵州省人民政府.第十五届中国科协年会第13分会场：航空发动机设计、制造与应用技术研讨会论文集[C].中国科学技术协会、贵州省人民政府:,2013:5.
论文作者:唐丰江
论文发表刊物:《基层建设》2018年第11期
论文发表时间:2018/6/11
标签：加工论文; 零件论文; 夹具论文; 薄壁论文; 铝合金论文; 过程中论文; 材料论文; 《基层建设》2018年第11期论文;