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模具设计培训-高精度铸造镁合金壳体加工方法

发表时间: 2022-04-28 11:20:17

作者: 济南数控模具科技研究所

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模具设计培训-高精度铸造镁合金壳体加工方法

1990年代初以来,世界主要金属材料应用的发展趋势发生了变化。钢铁、铜、锌等传统材料的应用增长缓慢,而以镁合金为代表的轻金属材料的应用已崭露头角,其应用以每年20%的速度增长。年。镁合金的密度约为1.7×103kg/m3,比铝合金轻1/3。具有优良的导热性、吸振性、抗冲击性和耐磨性。还具有100%完全回收的特点,更符合当代环保和可持续发展的要求。但是,由于镁合金零件具有化学活性高、熔点低(650℃)、线膨胀系数大(25.2×10-6/K)等特点,加工存在诸多困难[1]:①容易产生化学腐蚀。 ②加工过程中易烧伤。 ③在切削力和夹紧力的作用下,容易产生较大的弹性变形,使工件不易获得较高的加工精度。因此,有必要对镁合金高精度、复杂壳体零件的加工工艺进行探索和研究。

2 零件结构分析

红外支架(见图1)是我公司承接的某研究所航天产品中的重要部件之一。材料为铸造镁合金ZM5[2],形状特殊,结构复杂,精度高。最薄壁厚3mm,外形尺寸280mm×280mm×290mm,内孔φ206mm,圆柱度0.01mm。表面粗

糙度Ra=0.4μm; φ76mm内孔圆柱度0.006mm;两侧装配面A的平面度为0.01mm,表面粗糙度Ra=0.4μm。

图 1. 红外线支架

3 工艺计划

通过对产品结构的分析研究,制定了以下适合镁合金外壳加工的工艺方案。经过实际加工,满足了产品的高精度加工要求。

1)为避免零件腐蚀和安全考虑,加工过程中不能使用切削液,而是采用风冷方式进行冷却。

2)制定合理的工艺方案,将加工分为粗加工、半精加工和精加工三个阶段。在粗加工阶段,去除大部分余量;在半精加工阶段,对重物槽和形状的大部分进行加工成型;在精加工阶段,对关键零件进行加工;在每个阶段都留有适当的切削余量,以减少加工中应力引起的切削力和变形[3]。

3)半精加工后精加工前,安排“高低温时效处理”,稳定零件尺寸,保证高精度尺寸和几何精度的要求。

4)在装夹零件的过程中,采用“台压法”进行工件压实,避免工件压实变形,以保证装卸前后的加工尺寸。

4 具体实现方法

该工艺方案的具体实现如下。

1)镁合金零件加工场地应通风、光亮、清洁,设备旁应布置干砂灭火。采用风冷,压力控制在0.45~0.50MPa,以保证切屑及时脱离工件,带走大量切削热,避免零件腐蚀和燃烧。

2)粗加工保持1.5mm,半精加工保持0.5mm。粗加工需要去除大部分余量,内圆弧、方槽加工成型;半精加工将加强筋、凸台和凹槽的形状加工成型,内孔和A面各保留0.5mm。过薄的切屑容易引起局部温度急剧上升和切屑燃烧。注意最小进给量不应小于0.05mm,精加工分为3次切削,余量分配为0.30mm、0.12mm和0.08mm。

3)在半精加工后,精加工前进行“高低温时效处理”。具体方法:将零件放入-50℃冰箱1h,然后取出,放入100℃烘箱1h,如此循环3次,每次更换过程不能超过1min,处理后,确保最终加工的零件尺寸稳定不变,达到设计要求。

4)由于镁合金的弹性模量大,在切削力和夹紧力作用下,容易产生较大的弹性变形,所以在定位装夹方面需要采取措施。首先选择较好的定位基准面,压紧力需要落在定位面上,不能产生空点。然后选择较平整的B面为定位面,将B面精加工,要求平面度0.003mm,在加工B面的同时将A面见光,与B面保持垂直。这样加工内孔与A面时,先将B面放在垫铁上,B面的平整保证了定位的可靠性;随后用小压板从槽内侧面进行压紧,在拧紧螺母的过程中打表找正A面,表针应无变化,这种状态下,压紧前后工件不会产生变形,保证了加工后的尺寸要求。红外支架定位压紧位置如图2所示。

图2 红外支架定位压紧位置

5)加工高精度A面时,为使切削力达到最小以减小变形,需要选择合理的切削刀具和参数。粗加工刀具选择φ16mm合金铣刀,前角4°,后角11°,螺旋升角30°,转速5000r/min,进给速度vf=1500mm/min,这样不仅可以提高加工效率,而且转速大时切屑易排出,可带走大部分热量,使工件减小变形;精加工时,也选择φ16mm合金铣刀,但是刀具的几何角度发生了变化,前角7°,后角17°,螺旋升角35°,转速8000r/min,进给速度vf=1000mm/min,刀具相对较锋利,摩擦小,切削热也小,达到了减小变形和提高加工质量的目的。

6)加工高精度孔特别是φ206mm孔时,由于大孔非常易变形,所以其加工方法、刀具及切削参数的选择对加工精度都有影响。因铣削孔效率高,镗削孔精度高,所以综合考虑后,确定为铣-镗加工方案。铣孔时,选择φ18mm合金铣刀,转速8000r/min,进给速度vf=800mm/min,为后续镗孔单边留余量0.08mm,高转速时不仅易排屑,而且加工效率高,使工件不会产生很大的变形;镗孔时,选择φ206mm大径镗刀,转速300r/min,进给速

vf=15mm/min,刀尖圆角r<0.2mm,保持刀具的锋利,较小的径向力使孔不产生变形,保证了其加工精度。

红外支架按照以上方法加工后,各高精度面、孔表面的表面粗糙度值Ra<0.4μm,A面的平面度达0.008mm,φ76mm孔圆柱度达到0.005mm,φ206mm孔圆柱度0.009mm,尺寸及几何精度全部满足图样要求。

5    结束语

本文结合具体加工实例,从工艺方案、刀具选用、切削参数及加工中的注意事项等方面,介绍了一种高精度铸造镁合金材料壳体零件的加工方法[4]。通过制定加工方案和具体实施,解决了镁合金壳体易燃易腐、变形量大的材料弊端和铸造壳体零件壁薄厚不均、结构复杂的加工难题,完美保证了高精度加工要求,具有很强的操作性和指导性,为同类零件加工提供了解决方案和加工经验


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