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不鏽鋼（gāng）在抗蝕性和耐（nài）磨性方麵（miàn）具有優勢，且不鏽鋼成品的強度高、韌性大，廣泛（fàn）應用於機械裝備、模具等領域（yù），該（gāi）不鏽鋼零件是某機械設備關鍵部件，精度要求較高。
不鏽鋼切削（xuē）難度大（dà），若以優質（zhì）碳素鋼45的可切（qiē）削性為參考標準（設為1.0），則奧氏體不鏽鋼304的（de）可切削性約為0.37，不鏽鋼是一種含鉻量大於12%或含鎳量大於8%的合金鋼，其導熱性能較差，加（jiā）工過程中易出現（xiàn）粘刀、不易斷（duàn）屑等問題。由於不鏽鋼導熱性能較差（chà），其切削溫度比切削（xuē）常規鋼種高，***高可達1000℃，加工時零件（jiàn）變形（xíng）大，精（jīng）度較難控製（zhì）。實際切削（xuē）過程中，鐵屑對熱量的攜帶***多是Fz（每刃進給量（liàng））上下兩麵，如果被加工材（cái）料（liào）具有理想的導（dǎo）熱性（xìng）能，熱量（liàng）就（jiù）會在短時（shí）間內在Fz的表麵傳導（dǎo）至內部，將更多的機加工熱量帶走。不同的切削參數對殘餘應力的影響程度也不同，從大到（dào）小依次（cì）是切削速度、切削深度和進給量（liàng），這和切削參數對切削力、切削溫度的影響規律一致，說明切削參數對加工殘餘應（yīng）力的影響同樣是通過機械效應和熱效應起（qǐ）作用的。因此，設置（zhì）合理的切（qiē）削參數（shù）對減少零件加（jiā）工變形具有優勢。不鏽鋼燒焊變形大，焊縫區因應力（lì）作用而開始收縮，拉伸殘餘應力在焊接區產生，而壓縮殘（cán）餘應力被（bèi）焊接區周（zhōu）邊（biān）區域承受，不鏽鋼材料麵臨不（bú）同程度的收縮變（biàn）形。燒焊麵積（jī）大、燒（shāo）焊時間長，燒焊工件變（biàn）形（xíng）現象相應增多。
1零（líng）件設計優化與製造工藝
01
優化設計
圖1大型不鏽鋼零件
公司由一群才（cái）華橫溢經驗豐（fēng）富的熟練操作車、銑、磨、電火（huǒ）花、線切割、數控設備操作人員（yuán）和經（jīng）驗豐富的模具設計、裝配高級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（suàn）機製造加工係統（CAD/CAE/CAM），運用******的製造工藝和完（wán）善的質量控製（zhì）流程（chéng），北京鋁合金零件加工,北京軍工零件加工產品質量嚴格按照ISO9000質量體係標準執行。
（a）整體備料
（b）分解備料
圖2整體（tǐ）備料和分解備料質量差異（yì）
設計零件加工模型時，考慮其加（jiā）工性，將大型（xíng）零件的各形狀特征分解成若幹實體模型，如圖1所示，分解後的構件為A、B、C、D、E、F，分解後的構件特征（zhēng）變得簡（jiǎn）單。分解前整體備料和分解（jiě）後單件備料需用的材料進行相比，分解備料可節約55.4%的材料，如圖2所示。被加工零（líng）件分（fèn）解成單個簡單（dān）的構件，加工特征變簡單，加工（gōng）難度（dù）降低，去除體積也減少，加工工時、刀具使用量等生產（chǎn）成本都隨之減少，可降低製造成本，還可以避免數（shù）量較多的電極設計、電極加工、放電加工等。化整為零的設計方法可以降低（dī）零件（jiàn）加工成本、縮短加工周期，提高競爭力（lì）。
02
製（zhì）造工藝分析
被加（jiā）工零件（jiàn）可分解成2個主體構件A、B及較小的構件C、D，還有多（duō）個加強筋E、F，共20多（duō）個構件鑲接而成（見圖1）。加工該零件精度控製的難點：①主（zhǔ）體構（gòu）件尺寸大、壁（bì）簿、去除體積大的特點，導致切削時間長、應力變形大（dà），容易造成加（jiā）工尺寸（cùn）超差；②所有鑲接處都（dōu）需要燒焊連接密封，燒焊區（qū）域大，加工的零件變形控製難。
圖3 零件技術要求
零件的裝備精度要求高，如（rú）圖3所示，要求***大平（píng）麵的平麵度為0.05mm，A構件屬大型簿板類（lèi），單件加工變形較大，燒焊鑲接後變形量更難預估；B構件兩通槽側壁垂（chuí）直90°、高度達425mm，垂直度要求為（wéi）0.05mm，要達（dá）到圖紙技術（shù）要求，加工難度較大（dà）。
圖4 精度要求高的特征麵
圖5 零件燒焊後P1麵變形管控
根據（jù）以上分析（xī），采用單（dān）個構件精加工後（hòu），再燒焊鑲拚無法保證零件的公差要求，因此工藝製（zhì）定時（shí），單個構件加工預（yù）留餘量，設計銷（xiāo）釘（孔）定位、螺釘（孔（kǒng））緊固，裝配（pèi）一體後燒焊鑲拚，再精加工到要求的尺寸。零件上對精度（dù）要求高的特征，通（tōng）過粗銑加工留餘量、空冷時效、去餘量加工管控變形的方法，釋放和消除單個工（gōng）件的應力變（biàn）形。裝配後無法再加工的麵和（hé）精（jīng）度要（yào）求不高的特征按圖紙要求一次加工到位，再裝（zhuāng）配鑲拚燒焊成整體構件，***後對精度要求高、留餘量的特征進行精加工，如（rú）圖4所示。通過上述工藝方法可有效（xiào）管控加（jiā）工精（jīng）度，對於（yú）無法管控的變形麵，如圖5所示的P1大平麵，燒焊後會變形且不可管控，但又有平麵度要求（qiú），在滿（mǎn）足機械零件使用要求的前提下，優化設計模型，根據實際使用需求增加P2小平麵，燒焊變形後（hòu）再精銑（xǐ）P2小平麵，這樣既能使加工變得簡單（dān）又能保證零件的加工技術要求和（hé）降低加工成本。
03
構件加工
構件B加（jiā）工
（a）頂麵
（b）底麵
圖6 構（gòu）件B結構
表1 粗銑的切削參數
注：Ap切削（xuē）深度（dù）；Ae切削寬度；Vc切削速度（dù）；N轉速；Vf進給（gěi）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（jiā）工。該構件是粗銑切削難度較大的工（gōng）件，70%材料需去除，且是深型腔加工，為降低排屑的難度，選擇臥式CNC機床加工，據現場工況確定表1所示的加工參數（shù），刀具的切削效率達到40min/次，可減少操作人員換刀（dāo）頻率而提高加（jiā）工效率。加工步驟如下。
（1）CNC機床粗銑加工375mm的（de）高度，軸向留單邊餘量2mm，工件四（sì）周外形麵、兩通槽暫不（bú）加工。
（2）CNC機床粗銑加工四周外形麵、兩通槽貫通，徑向、軸向留餘量2mm/單（dān）邊。
（3）空冷時效處理48h。
（4）CNC機（jī）床精銑底麵、銷釘孔、螺釘孔、倒角，底麵精銑（xǐ）後用於和A構（gòu）件（jiàn）鑲拚。
（5）CNC機床（chuáng）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（bú）加工，留後續裝（zhuāng）配燒焊後再（zài）加工。
（6）裝配，鉗（qián）工通過銷釘及孔，組裝構件A、B、C、D和加強筋後，進（jìn）行（háng）燒焊（hàn）。
構件A加工
圖7 構件A結構（gòu）
構件A屬於薄板型，如圖7所（suǒ）示，大直徑的銑刀切（qiē）削加工時擠壓產生較大的力容易（yì）使構件變形，為了（le）減小（xiǎo）變形風險和提高加工效率，選用D21mm的銑刀，快速去除餘料。加工步驟如下。
（1）CNC機床粗加工正麵、底麵特（tè）征，徑向（xiàng）、軸向留單邊餘量（liàng）2mm；加工完成後（hòu），工件（jiàn）在（zài）無拘束（shù）狀（zhuàng）態下，在機用千分表檢測平麵度＜2mm為合格（gé），可進入下工序。
（2）空冷時效處理48h。
（3）檢（jiǎn）測平（píng）麵度＜2mm為合格（gé），可進（jìn）入下工序。
（4）CNC機床（chuáng）加工正（zhèng）麵，大平麵精銑後軸向留餘量0.1mm（後續磨削（xuē）到***終尺寸）；加強筋的（de）位置槽、銷孔（kǒng）加工到位，四（sì）周外形側麵徑向留餘量0.5mm。加工底麵時工件***大（dà）外形四麵分中為X0Y0，底麵抬高0.1mm；6個M10mm沉台螺紋（wén）孔加工到位，其餘特征徑向、軸向留餘量1mm/單邊加工（gōng）。
（5）磨削底麵見光，正麵到***終尺寸（前工序留有0.1mm餘量），頂平（píng）麵磨削到***終尺（chǐ）寸，用於和構件B、C、D、E、F鑲接。
（6）裝配，鉗工通過銷釘及孔，組裝構件A、B、C、D、E、F和加強筋後，進行燒焊。
小型構件加工
圖8構件C與D
圖9 加強筋組合模型
小型構件C、D如圖8所示，精度要求低，組合燒焊前直接按圖紙加工到***終尺寸。加強筋E、F圖紙要求（qiú）自由公差，多個加（jiā）強（qiáng）筋構件組合在一塊材料上備料，再用（yòng）線切割（gē）加工成形，如圖9所示。
04
裝配焊接（jiē）
圖10 構件裝配
（a）底麵（miàn）
（b）頂麵
圖11 裝配燒焊後零件
大型（xíng）不鏽鋼零件焊接過程中，由於難度較大，必須預估焊（hàn）接過程中可能出現的變形情況，提前采取預防（fáng）措施進行管控。該工序是將（jiāng）焊件（jiàn）進行定位，利用設計的多個銷釘（dìng）（銷孔）、螺釘（螺孔）將零（líng）件精準地裝配並緊固（gù），如圖10所示，保證（zhèng）各（gè）工（gōng）件在焊接過程中位移***小（xiǎo）及工（gōng）件與工件之（zhī）間的相（xiàng）對（duì）位置不變。焊接過程中（zhōng）需（xū）掌握焊接（jiē）參數與方法、順（shùn）序等，才能確保不鏽鋼零件變形（xíng）得以有效控製。裝配燒（shāo）焊後進行組合加工，如圖11所示，具體實施步驟如（rú）下。
（1）檢測底麵（miàn）平麵度（dù）≤0.5mm為合格，可進入下工序。
（2）CNC機床加工底麵，構件A***大外（wài）形四麵分（fèn）中為X0Y0，指定麵為Z0，精銑***大外形、底平麵，底麵特征加工到***終尺寸；精銑通槽1/2高度到（dào）***終尺寸，如（rú）圖12所示（shì）。因為零件的兩通槽總高為425mm，R角為18mm，選D32mm圓鼻刀（硬質合金防震刀杆），夾持後（hòu）懸（xuán）長為215mm，加工1/2的槽高（gāo）度保證刀具的剛性，才能保證***終（zhōng）加（jiā）工尺寸精（jīng）度，加工完後用（yòng）千（qiān）分表檢測通槽已精銑的側麵，垂（chuí）直度、平（píng）麵度≤0.02mm為合格。加（jiā）工頂麵時，分中已精銑（xǐ）的（de）通（tōng）槽四側麵為X0Y0，精銑接順剩餘1/2高度通（tōng）槽；加（jiā）工圖5所示的P2小平麵，P1大平麵燒焊後變形較大、特征（zhēng）複雜，且已無裝配要求，不再進行加工，加工完（wán）後用千分表檢測已精銑的兩通槽側麵，垂（chuí）直度、平（píng）麵度≤0.02mm為合格。零件製（zhì）作過程中引（yǐn）入過程檢驗，對零件關鍵尺寸進行（háng）實時檢查確認，對（duì）沒有加工到位或裝（zhuāng）配不合理的（de）部位（wèi）及時予以修正（zhèng），保證零件在（zài）加工下機前達到（dào）合格的（de）要求（qiú）。
（3）CNC精加工構件A四周側麵螺紋孔與構件B的82mm台階及螺紋孔。
（4）600砂紙拋光（guāng）底大平麵、兩通槽及底麵特（tè）征，去（qù）除CNC銑削紋（wén）路（lù）。
2效果驗證（zhèng）
（a）底麵銑1/2通槽深度
（b）頂麵銑1/2通（tōng）槽深度
圖12 兩通槽加工
表麵（miàn）粗糙度和（hé）尺寸精度是（shì）質量評價指標中的（de）2個重要參數，這（zhè）2個參數從表麵效果、幾何精度反映零件製（zhì）造的好壞。通過以上加工工藝和（hé）批量零件加工驗證，***終尺寸、粗糙度檢測數據均（jun1）達到（dào）圖紙技術要求，特別是***難控製的圖11所（suǒ）示的底麵大平麵，平（píng）麵（miàn）度檢測數值均≤0.023mm，圖12所示（shì）的兩通槽（cáo）四側的（de）平（píng）麵度（dù）和垂（chuí）直度均＜0.05mm。由尺寸檢測數據可知，此類型的不（bú）鏽鋼零件，通過上述工藝，可（kě）控製加工、燒焊所（suǒ）產生的變形，保證（zhèng）加工質量。
大型不鏽鋼零件（jiàn）加工時采用化整為零的分解方（fāng）法，可有效降低零件的加工難度和減（jiǎn）少加工變形，構件（jiàn）上采取銷孔（釘）定位和螺（luó）孔（釘）緊固的措施（shī），保證裝配精（jīng）度和降（jiàng）低（dī）燒焊的變形；切削加（jiā）工過（guò）程中，降低切削速度、切削深度、每刃進給量可以保證不鏽（xiù）鋼材（cái）料切削順利進行；分解的構（gòu）件單件加工時，留合適餘量，裝配燒焊後（hòu）組合再精加工，可以保證關鍵尺寸的精度。
▍原文作者：鍾（zhōng）曉（xiǎo）鷗1，沙奉奎2，譚飛1
▍作者單位：1.珠海格力精（jīng）密模具有限公（gōng）司；2.格力智能裝備有限（xiàn）公司
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