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不鏽鋼在抗蝕性和耐（nài）磨性方麵具有（yǒu）優勢，且不鏽鋼成品（pǐn）的強度高、韌性大，廣（guǎng）泛（fàn）應用於機械裝備、模具等領域，該不鏽鋼零件是某機械（xiè）設備關鍵部件，精度要求較高。
不鏽鋼切削難度大（dà），若以（yǐ）優質碳素鋼45的可切（qiē）削性為參考標準（設為1.0），則奧（ào）氏（shì）體不鏽鋼304的可切削性約為（wéi）0.37，不鏽鋼是（shì）一種含鉻量（liàng）大於12%或含鎳量大於（yú）8%的合金（jīn）鋼（gāng），其（qí）導熱性能（néng）較差，加工過程中易出現（xiàn）粘刀、不（bú）易斷屑（xiè）等問題。由於不鏽鋼導熱性能較差，其切削溫度比切削常規（guī）鋼種高，***高可（kě）達1000℃，加工時零件（jiàn）變形大，精度較難控製。實際切削（xuē）過程中，鐵屑對熱量的攜帶***多是Fz（每刃進給量）上下兩麵，如果被（bèi）加工材料具有理想的導熱性能，熱量就會在短時間內在Fz的表（biǎo）麵傳導至內部，將更多的機加工熱（rè）量帶走（zǒu）。不同的切削參數對殘餘應力（lì）的影響程度也（yě）不同，從大到小（xiǎo）依（yī）次是切削速度、切削深度和進給量，這和切削參（cān）數對（duì）切（qiē）削（xuē）力、切削溫度的影（yǐng）響規律一致，說（shuō）明切削參數對加工殘餘應力的影響同樣是通過機械效應和熱效應（yīng）起作用的。因（yīn）此，設置合理的切削參數對減少零件加（jiā）工變形具有優勢（shì）。不鏽（xiù）鋼（gāng）燒焊變形大，焊縫（féng）區（qū）因應（yīng）力作用而開始收（shōu）縮，拉伸殘餘應力在焊接區產生，而壓縮殘餘應力被焊接區周邊區域（yù）承受，不鏽鋼材料麵（miàn）臨不同程度的收縮（suō）變形。燒焊麵積大、燒焊時間長，燒焊工件變形現象相應增多。
1零件設計優（yōu）化與製造工藝
01
優化設（shè）計
圖1大（dà）型不鏽鋼零件
公司由一（yī）群才華橫溢經驗豐（fēng）富的熟練（liàn）操作車（chē）、銑、磨、電火花、線切割、數控設備操作人員和經驗豐富的模具（jù）設計、裝配高（gāo）級（jí）工程師組成的員工隊伍，全麵實現計算機輔助設計（PRE/UG./SLIDWORK）及計算機製（zhì）造加工係統（CAD/CAE/CAM），運用******的製造工藝和完善的質量控製（zhì）流程，北（běi）京鋁合（hé）金零件加工,北京（jīng）軍工零件（jiàn）加工產品（pǐn）質量嚴格按照ISO9000質量體係標準執行。
（a）整體（tǐ）備料
（b）分解備料
圖（tú）2整體備料和分解備料質量差異
設計零件加（jiā）工模型時，考慮其加工性，將大（dà）型（xíng）零件的各形狀特征分解成若幹（gàn）實體模型，如圖1所示，分解後的構件為A、B、C、D、E、F，分解後的構（gòu）件（jiàn）特征變得簡單。分（fèn）解前整體備料和分解後單（dān）件備料（liào）需用的材料進行相比，分解備料可節約55.4%的材料（liào），如圖2所示。被加工零件分（fèn）解成單個簡單的構件，加工特征變簡單，加工難度降低，去（qù）除體積（jī）也減少，加工工時、刀具使用量等生產成本（běn）都隨之減少，可降低製造成本（běn），還可以避免數量較多的電極（jí）設計、電極加工、放電加工等。化整為零的設計方（fāng）法可以降低（dī）零件加（jiā）工成本、縮短加工周期，提高競爭力。
02
製造工藝分析
被加工（gōng）零件可分解成2個主體構件A、B及較小的構件C、D，還有多個加強筋（jīn）E、F，共20多個構件鑲接而成（見圖1）。加工該零件精度控製的難點：①主體構件尺寸大、壁簿、去除體積大的特點，導致切削時間長、應力變形大，容易造成加工尺寸超差；②所有鑲接處都需要（yào）燒焊連接密封，燒焊區域大，加（jiā）工的（de）零件變形控（kòng）製難。
圖3 零件技術要求
零件的裝備精度要（yào）求（qiú）高（gāo），如圖3所示，要求***大平麵的平麵度為0.05mm，A構件屬大型簿板類，單件（jiàn）加工變（biàn）形較大，燒焊鑲接（jiē）後變形（xíng）量更難預估（gū）；B構件兩通槽側壁垂直90°、高度達425mm，垂直度（dù）要求為0.05mm，要達到圖紙技術要求，加工難度較大。
圖4 精度要求高的特征麵
圖5 零件燒焊後P1麵（miàn）變形（xíng）管控
根（gēn）據以上分析，采用單個（gè）構件精加工後（hòu），再（zài）燒（shāo）焊鑲拚無法保證零件的公差要求，因此工（gōng）藝製定時，單個構（gòu）件加工預留餘量，設（shè）計（jì）銷釘（孔）定位、螺釘（孔）緊固，裝配一體後燒焊鑲拚，再精加工到（dào）要（yào）求的（de）尺寸。零（líng）件上（shàng）對精度要求高的特征，通過粗銑加工留餘量、空（kōng）冷時（shí）效、去餘量（liàng）加工管控變形的方（fāng）法，釋放和（hé）消除單個工件的應力變形。裝配後無法再加工的麵和精度要求不高的特征按圖紙要求一次加工到位（wèi），再裝配鑲拚燒焊成整體構件，***後對精度要求（qiú）高、留餘量的特征（zhēng）進行精加工，如（rú）圖4所示。通過上述工（gōng）藝方法可有效管控加工精度，對於無法管控的變（biàn）形麵（miàn），如圖5所（suǒ）示的P1大平麵，燒焊後會變形且不可（kě）管控，但又有平麵度要求，在滿足機械零件使用要求的前提下，優化設計模型，根據實際使用（yòng）需求（qiú）增加P2小平麵，燒焊變形（xíng）後再（zài）精銑P2小平麵（miàn），這樣既能使加工變得簡單又能保證零件的加工技術要求和降低加工成本。
03
構件（jiàn）加工
構（gòu）件B加工（gōng）
（a）頂麵
（b）底麵（miàn）
圖6 構件B結構
表1 粗銑的切（qiē）削參數（shù）
注：Ap切削深（shēn）度（dù）；Ae切削寬度；Vc切削速度；N轉速；Vf進給速度；Q材料切除率。
構件B如圖6所示，采（cǎi）用效率高的CNC加工。該構件是粗銑切削難度（dù）較大的工件，70%材料需去除（chú），且是深（shēn）型腔加工，為降低排屑（xiè）的難度，選擇（zé）臥（wò）式CNC機床加工，據現場工況確定表1所示的加工參數，刀具的切削（xuē）效率達到40min/次，可減少（shǎo）操（cāo）作（zuò）人員換刀頻率而提高加工效（xiào）率。加工步驟如下。
（1）CNC機床粗銑加工375mm的（de）高（gāo）度，軸向留單邊（biān）餘量2mm，工件四周外形麵、兩通槽暫不加工。
（2）CNC機床粗銑加工四周外形麵、兩（liǎng）通槽貫通，徑向（xiàng）、軸向留餘量2mm/單邊。
（3）空冷時效處理48h。
（4）CNC機（jī）床精銑底（dǐ）麵、銷釘孔、螺釘孔、倒角，底麵精銑後用於和（hé）A構件鑲拚。
（5）CNC機床四周側麵精銑，加工各螺釘孔、銷釘（dìng）孔，648mm×346mm×82mm的台階麵暫不加工，留後續裝配燒焊後再加工。
（6）裝配（pèi），鉗工通過銷釘及孔，組裝構件A、B、C、D和加強筋（jīn）後，進行燒焊。
構件A加工
圖7 構件A結構
構（gòu）件A屬於薄板型，如圖7所示，大直徑的銑刀切削加工時擠壓產生較大的力容易使（shǐ）構件變形，為了減小變形風險和提高（gāo）加工效率，選用D21mm的銑刀，快速去（qù）除餘料。加工步驟如下。
（1）CNC機床粗加工正麵、底麵特征，徑向、軸向留單邊餘量2mm；加工完成後（hòu），工件（jiàn）在無拘束狀態下，在機用千分表（biǎo）檢測平麵度＜2mm為合格，可進入下工序。
（2）空冷時效處理48h。
（3）檢測平麵（miàn）度（dù）＜2mm為合格，可進入下工序。
（4）CNC機床加工正麵（miàn），大（dà）平麵精銑後軸向留餘（yú）量0.1mm（後續磨削到***終尺寸）；加強筋的位置槽、銷孔（kǒng）加工到位，四周（zhōu）外形（xíng）側麵徑向留餘量0.5mm。加工底麵時工件***大外（wài）形四麵分中為X0Y0，底麵抬高0.1mm；6個M10mm沉台螺紋孔加工到位，其餘特征徑向、軸向留餘量1mm/單邊加（jiā）工。
（5）磨削底麵見光，正麵到***終尺寸（前工序留有0.1mm餘量），頂（dǐng）平麵磨削到***終尺寸（cùn），用於和構（gòu）件B、C、D、E、F鑲接。
（6）裝配，鉗工通（tōng）過銷釘及孔，組裝構件A、B、C、D、E、F和（hé）加強筋後，進行（háng）燒焊。
小型構件（jiàn）加工（gōng）
圖8構件C與D
圖9 加強筋組合模型
小型構件C、D如圖（tú）8所示，精度（dù）要求低，組合燒焊前直接按圖紙加工到***終尺寸。加強筋E、F圖（tú）紙要求自由公差，多（duō）個加強筋構件組合在一塊材料（liào）上備料，再用線切割加工成形（xíng），如圖9所（suǒ）示。
04
裝配焊（hàn）接
圖10 構件裝配
（a）底麵
（b）頂麵
圖11 裝（zhuāng）配燒焊後零件
大型不（bú）鏽鋼零件（jiàn）焊接過程中，由於難度較大，必須預（yù）估焊接（jiē）過（guò）程中可能出現的（de）變形情（qíng）況，提前采取預防措（cuò）施進行（háng）管（guǎn）控。該工（gōng）序是將焊件進行定位，利用設計的多個銷釘（銷孔）、螺釘（螺（luó）孔）將零件精準地裝配並緊固，如圖10所示，保證各工件在焊（hàn）接過程中位移***小及工件與工（gōng）件（jiàn）之間的（de）相對位置不（bú）變。焊接過程中需掌握焊接參數（shù）與方法、順（shùn）序（xù）等（děng），才能確保不鏽鋼零件變形得以有效控製。裝配燒焊後進行組合加工，如圖11所示，具體實施步驟如下。
（1）檢測底麵平麵度≤0.5mm為合格，可進入下工序。
（2）CNC機床（chuáng）加（jiā）工底麵（miàn），構件A***大外形四麵分中為X0Y0，指（zhǐ）定麵為Z0，精銑***大外形、底平麵，底麵（miàn）特征加工到（dào）***終尺（chǐ）寸；精銑通槽1/2高度到***終尺寸，如圖（tú）12所示。因為（wéi）零件的兩通槽總高為425mm，R角為（wéi）18mm，選D32mm圓鼻刀（硬質合金防震刀杆），夾持後懸長為215mm，加工1/2的槽高度保證刀具的剛性，才能保證***終加（jiā）工（gōng）尺寸精度，加工完後用千分表檢測通槽已精銑的側麵，垂直度、平麵度≤0.02mm為合格。加工頂麵時，分中已精銑（xǐ）的（de）通槽四（sì）側麵（miàn）為X0Y0，精銑接順剩餘1/2高度通槽；加工圖5所示的P2小平麵，P1大平麵（miàn）燒焊後變形較大、特征複雜，且已無裝配要求，不再進行加工，加工（gōng）完後用（yòng）千分表檢測已精（jīng）銑（xǐ）的兩通（tōng）槽側麵，垂直度、平麵度≤0.02mm為合格。零件製作過程中引入過程檢驗，對零件關鍵尺寸進行實時檢查確認，對沒有加工到位或裝配（pèi）不合理的部位及時予以修正，保證（zhèng）零件在加工下機前達到合格的要求。
（3）CNC精加工構件A四周側麵螺紋孔與構件B的82mm台（tái）階及螺紋孔。
（4）600砂紙拋（pāo）光底大（dà）平麵、兩通槽及底麵特征，去除CNC銑削紋路。
2效果驗證
（a）底麵（miàn）銑1/2通槽深度（dù）
（b）頂麵銑1/2通槽深（shēn）度
圖12 兩通槽加工
表麵粗糙度和尺寸精（jīng）度是質量評價指標中的2個重（chóng）要參（cān）數（shù），這2個參數（shù）從表麵效果、幾何精度反映零件製造的好壞。通過以上加工工藝和批量零（líng）件加（jiā）工驗證（zhèng），***終尺（chǐ）寸、粗糙度檢測數據均達到圖紙技術要求，特別（bié）是***難控製的圖11所示的底麵大平麵，平麵（miàn）度檢測（cè）數值均≤0.023mm，圖12所示（shì）的兩通槽四（sì）側（cè）的（de）平麵度和垂直度均＜0.05mm。由尺寸檢測數據可知，此類型的（de）不鏽鋼零件，通過上述工藝，可控製加工、燒（shāo）焊所產生（shēng）的變形，保證加工質量（liàng）。
大型不鏽鋼零件加工時采用（yòng）化整為零的分解方法，可有效降低零（líng）件的加工難（nán）度和減少加工變形，構件上采取（qǔ）銷孔（釘）定位和螺（luó）孔（釘）緊固的（de）措（cuò）施，保（bǎo）證裝配精度和降低燒焊的變（biàn）形；切削加工過程中，降低切削速度、切削深度、每刃進給量可（kě）以（yǐ）保證不鏽鋼材料切削順利進行；分解（jiě）的構件單件加（jiā）工時，留合適餘（yú）量，裝配燒焊後組合再精加工，可以保證關鍵尺寸的精度。
▍原文作者（zhě）：鍾（zhōng）曉鷗1，沙奉奎2，譚飛1
▍作者（zhě）單位：1.珠海格力精密模具有限公（gōng）司（sī）；2.格力（lì）智能裝備有限公司
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