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不鏽鋼在抗蝕性和耐磨性（xìng）方麵具（jù）有優勢（shì），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（jù）等領域，該不鏽鋼（gāng）零（líng）件（jiàn）是某機（jī）械設備關鍵部件，精（jīng）度（dù）要求較高。
不鏽鋼切削難度大，若以優質碳素（sù）鋼45的可切削性（xìng）為參考標準（設為1.0），則奧氏體不鏽鋼304的可切削（xuē）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，加工過程中易出現粘刀、不易斷屑等問題。由於不（bú）鏽（xiù）鋼導熱性能較差，其切削溫度比（bǐ）切削常規（guī）鋼種高，***高可達（dá）1000℃，加工時零件變形大，精度較難（nán）控製。實際切削過（guò）程中，鐵（tiě）屑對熱量的攜帶***多是Fz（每（měi）刃進給量（liàng））上下兩麵，如果被加工（gōng）材料具有理想的導熱性能，熱量就會在（zài）短時（shí）間內（nèi）在Fz的表麵傳導至內部，將更多的機加工熱量帶走。不同的切削（xuē）參數對殘餘應力的影響程度（dù）也不同，從大到小依次（cì）是切削速度、切削深（shēn）度和進給量，這和切削（xuē）參數對（duì）切削力、切削溫度的影響規律一致（zhì），說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起作用的。因此，設置合理的切削參數對減少零件加工變形具有優勢。不鏽鋼（gāng）燒焊變（biàn）形（xíng）大，焊縫區因應力作用而（ér）開始收縮，拉伸殘餘應力在焊接區產生，而壓縮（suō）殘餘（yú）應力被焊接區周邊區域承受，不鏽鋼材料麵臨不同程度的收縮變形。燒焊麵積大、燒焊時間長，燒焊工件變（biàn）形現象相應增多。
1零（líng）件（jiàn）設計優化與製造工藝
01
優化設計
圖（tú）1大（dà）型不鏽鋼零件
公司由一群才華橫溢經驗豐富的熟練操（cāo）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設計、裝配高級工程師組成的員（yuán）工隊伍，全麵實現計（jì）算機輔助設計（PRE/UG./SLIDWORK）及計算機製造加工係統（CAD/CAE/CAM），運用******的（de）製造工藝和完善的質（zhì）量控製流程，北京鋁合金零件加工,北京軍工零件加工產（chǎn）品質量嚴格按照ISO9000質量體（tǐ）係標準執行（háng）。
（a）整體備料
（b）分解備料
圖2整體（tǐ）備料和分解備料（liào）質量差異（yì）
設計零件加工模型時，考（kǎo）慮其加工性，將大型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，分解後的構件特征變得簡單。分解前整體備料和分解後單件（jiàn）備料需用的材料進行相比（bǐ），分解備料可節（jiē）約55.4%的材料，如圖2所示。被加工零件分解成（chéng）單個簡單的構件（jiàn），加工特征變簡單，加工難度降低，去除體積也減少，加工（gōng）工時、刀具使用量等生產成本都隨之減少，可降低製造成（chéng）本，還（hái）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（de）設計方法可以降低零件加工成本、縮（suō）短加工周期，提高競爭力。
02
製造（zào）工（gōng）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E、F，共（gòng）20多個構件鑲接而成（見圖1）。加工該零件精度控製的難（nán）點：①主體構件尺（chǐ）寸（cùn）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所有鑲接處都需要燒焊連接密封，燒焊區域大，加工的零件變形控製難。
圖3 零件技（jì）術要求
零件的裝備精度要求高，如圖3所示，要求***大平麵的平麵（miàn）度為0.05mm，A構件（jiàn）屬大（dà）型簿板類，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（bì）垂（chuí）直（zhí）90°、高度達425mm，垂直度要求為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（miàn）
圖5 零件燒焊後P1麵變形管控
根據以上分析，采用單個構件（jiàn）精加工後，再燒焊鑲拚無法（fǎ）保證零件的公差要求，因此工藝製定時，單個構件加（jiā）工預留餘量（liàng），設計銷釘（孔）定位、螺釘（孔）緊固，裝配一（yī）體後燒焊鑲拚，再精加工（gōng）到要求的尺寸。零件上對精度要求高的特征，通（tōng）過粗銑加工留餘量、空冷時效、去餘（yú）量加工管控變形的方法，釋放和消除單個工件的應力變形。裝（zhuāng）配後無法再加工（gōng）的（de）麵和（hé）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（xiāng）拚燒（shāo）焊成整（zhěng）體構件，***後對精度要求高、留餘量的特征進行精加工，如圖4所示。通過（guò）上述工藝方法可有效管（guǎn）控加工（gōng）精度，對於（yú）無法管控的變（biàn）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（dù）要求，在滿足機械零件使用（yòng）要（yào）求的前提下，優化設計模型（xíng），根據實際使用需求增加P2小平（píng）麵，燒焊變形後再精銑P2小平麵，這樣既能使加工變得簡單又能保證（zhèng）零件的加（jiā）工技術要求和降低加工成本。
03
構件加工
構件B加工
（a）頂（dǐng）麵（miàn）
（b）底麵
圖6 構件B結構
表1 粗銑的切削參數
注：Ap切削深度；Ae切（qiē）削寬度；Vc切削速度（dù）；N轉速；Vf進給速度；Q材料（liào）切除率。
構件B如圖6所示，采用效率高的CNC加工。該構件是粗銑切削難度較大的（de）工件，70%材料需去除，且是深型（xíng）腔加工，為降低排屑（xiè）的（de）難度，選擇臥（wò）式CNC機床加工，據現場工況確定表1所示（shì）的加工參數，刀具的（de）切削效率達到40min/次，可減少操作人員換刀（dāo）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的高度，軸向留單邊（biān）餘量（liàng）2mm，工件四周外形麵、兩通（tōng）槽暫不（bú）加工。
（2）CNC機床粗銑（xǐ）加工四周外（wài）形麵、兩通槽貫通，徑向、軸（zhóu）向留餘量2mm/單邊（biān）。
（3）空冷時效處理48h。
（4）CNC機床精銑底麵、銷釘孔、螺（luó）釘（dìng）孔、倒角，底麵（miàn）精銑後（hòu）用於和A構件鑲拚（pīn）。
（5）CNC機床四周側麵精銑，加工各螺釘（dìng）孔、銷（xiāo）釘孔，648mm×346mm×82mm的（de）台階麵暫不加工（gōng），留後（hòu）續裝配燒焊後（hòu）再加工。
（6）裝配，鉗工通過銷釘及孔，組裝構件A、B、C、D和加強筋後，進行燒焊。
構件A加工
圖7 構件A結構
構件A屬於薄板型，如圖（tú）7所示，大直徑（jìng）的銑刀切（qiē）削加工時擠壓產生（shēng）較大的力容易使構件變形，為了減小變形（xíng）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、底麵特征，徑向、軸向留單邊餘量2mm；加工完成後，工件在無拘束狀態下，在機用千分表檢測平麵度＜2mm為合格，可進入下工序。
（2）空（kōng）冷時效處（chù）理48h。
（3）檢測平麵度＜2mm為合格，可進入（rù）下工序。
（4）CNC機（jī）床加工正麵，大（dà）平麵精銑後軸向留餘量0.1mm（後續磨（mó）削到***終尺寸）；加強筋的位置槽、銷孔加工到（dào）位，四周外形側麵徑向留餘量0.5mm。加工底麵時工件***大外形四麵分中為X0Y0，底麵抬高0.1mm；6個（gè）M10mm沉（chén）台螺紋孔加工到位，其餘（yú）特（tè）征徑向、軸向留餘量1mm/單邊加工。
（5）磨削（xuē）底麵見光，正麵到***終尺寸（前工序留有0.1mm餘量），頂平麵磨削到***終尺寸，用於和構件B、C、D、E、F鑲接。
（6）裝配，鉗工通過銷釘及孔（kǒng），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（yǔ）D
圖9 加強筋組合模型
小型構件C、D如圖8所示，精度要（yào）求低，組合燒（shāo）焊前直接（jiē）按（àn）圖紙加工到***終尺寸（cùn）。加強（qiáng）筋（jīn）E、F圖紙要求自由（yóu）公差，多（duō）個加強筋構件組合在一塊材料上備料，再用線切割加（jiā）工成（chéng）形，如圖（tú）9所示。
04
裝配焊接
圖10 構件裝配
（a）底麵
（b）頂麵
圖11 裝配燒焊後零件（jiàn）
大型不鏽鋼零件焊（hàn）接過程中，由於難度較大，必須預估焊接（jiē）過程中可能出（chū）現的變形（xíng）情況，提前采取預防措施進行管控。該工序是將焊件進行定位，利用設（shè）計的多（duō）個銷釘（銷（xiāo）孔）、螺釘（螺（luó）孔）將零（líng）件精準地裝配並緊固，如圖10所示，保（bǎo）證各工件在焊接過程中位（wèi）移***小及工件與工件之間的相對位置不變。焊接過程中需掌（zhǎng）握焊接參數與方（fāng）法、順（shùn）序（xù）等，才能確保不鏽（xiù）鋼零件變形得以（yǐ）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機床加工底麵，構件A***大（dà）外形四麵分中為X0Y0，指定麵為（wéi）Z0，精銑***大外形（xíng）、底平麵（miàn），底麵特征加工到***終尺寸；精銑通槽1/2高度到***終尺寸，如（rú）圖12所示（shì）。因為零件的兩通槽總高為（wéi）425mm，R角為18mm，選D32mm圓鼻刀（硬質合（hé）金防震刀杆），夾持（chí）後懸長為215mm，加工1/2的槽高度保證（zhèng）刀具的剛性，才能保證***終加工尺（chǐ）寸精度，加工完（wán）後用千分表檢測通槽（cáo）已精（jīng）銑（xǐ）的側麵，垂直度、平麵度≤0.02mm為合格（gé）。加工頂麵時，分中已精銑的通槽四側麵為X0Y0，精銑接順剩餘（yú）1/2高度通槽；加工（gōng）圖5所示的P2小平麵，P1大平麵燒焊後變形較大、特征複雜，且已無裝配要（yào）求，不再進行加工，加工完後用千分表檢測已精銑的兩通槽側麵，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（zhuāng）配不合理的部位（wèi）及時予以（yǐ）修正，保（bǎo）證零件在（zài）加工下機（jī）前達到合格的要求。
（3）CNC精加工構件A四周側麵螺（luó）紋孔與構件B的82mm台階及螺紋孔（kǒng）。
（4）600砂紙拋光底大平麵、兩通槽及底麵特征，去除CNC銑削紋路。
2效果驗證
（a）底（dǐ）麵銑1/2通槽深度
（b）頂麵（miàn）銑1/2通槽深度
圖12 兩通槽加工
表麵粗糙度和尺寸精度是質量評價指標中的2個重要參數，這2個參數從表麵效果、幾何精度反映零件製（zhì）造的好（hǎo）壞。通（tōng）過以上加工工藝和批量零件加工驗證（zhèng），***終尺寸、粗（cū）糙度檢測數據均達到圖紙技術要求，特別是（shì）***難控製的圖11所示的底麵大（dà）平麵（miàn），平麵度檢測數值均≤0.023mm，圖12所示（shì）的兩通槽四側的平麵度（dù）和（hé）垂直度均＜0.05mm。由尺寸檢測數（shù）據可知，此類型的不鏽鋼零件（jiàn），通過上述工藝，可控製加工、燒焊所產生（shēng）的變形，保證加工質量。
大型不鏽鋼零件加工時采用化（huà）整為零的分解方法，可有效降低零件的加工難度和減少加工變形，構件上采取銷孔（釘）定位（wèi）和（hé）螺孔（釘）緊固的措施，保（bǎo）證裝配精度（dù）和降低燒焊的變形；切削加（jiā）工過程中，降低切削速度、切削深（shēn）度、每刃進給量（liàng）可（kě）以保證不鏽鋼材（cái）料切削順利進行；分解的構件單件加工時，留合適餘量，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：鍾曉鷗1，沙奉（fèng）奎2，譚飛1
▍作者（zhě）單位：1.珠海格力精密模具有限公司；2.格力（lì）智能裝備有限公司（sī）
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