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数控加工中如何预防精密零件变形

时间:2020-03-03 作者:机加工程师 点击:501

金属加工材料有很多种类。这里以常用的铝合金为例,因为铝合金是一种重要的工业原料。由于其硬度相对较小,热膨胀系数大,在加工薄壁、薄板零件时容易变形。

除了通过预老化处理提高刀具性能和消除材料的内应力外,从数控加工技术的角度看,还可以采取一些措施来减少材料的变形。

01、分层多金属加工法

当铝合金板件上有多个型腔需要加工时,如果一个型腔轮流加工一个型腔,容易使型腔壁因受力不均而发生纠结变形。

解决的办法是采取分层加工的方法,即同时加工所有的型腔,但不是一次数控加工完成,而是分若干层次,逐层加工到要求的尺寸。这样一来,零件受力就比较均匀,变形的概率也比较小。

02、适当选择切削参数

选择适当的切削参数可以有效地降低切削力和切削热,在切削过程中。在加工过程中,切削量过大导致刀具的切削力过大,容易造成零件的变形,机床主轴的刚性和刀具的耐久性也会受到影响。

在切削参数的各个要素中,切削力受后刀量的影响。假设减少退刀量有利于保证零件不变形,但同时也会降低金属加工效率。数控加工高速铣可以解决这个问题,只需要在减少退刀量的同时,相应增加进给量,提高机床的转速,就可以减少切削力,又能保证金属加工的效率。

03、提高刀具的切削能力

刀具材料、几何参数对切削力、切削热有重要影响,正确选择刀具,对减少零件金属加工变形非常重要。

①合理选择刀具的几何参数。

前角:在保持刀片强度的条件下,前角宜选择大一些,一方面可以磨出锋利的刃口,还可以减少切削变形,顺利排屑,进而降低切削力和切削温度。切勿使用前角为负值的刀具。

后角: 后角的大小对后刀面的磨损和加工表面的质量有直接影响。切削厚度是选择后角的一个重要条件。粗铣时,由于进给量大,切削负荷重,热量大,对刀具的散热条件要求高,因此,背角应选得小些。精铣时,要求切削刃锋利,减少刀具表面与加工表面的摩擦,减少弹性变形。因此,后角应选得大些。

螺旋角: 为了使铣削顺利进行,减少铣削力,螺旋角应尽量选大。

主偏转角: 适当减小主偏角可以改善散热条件,使金属加工区的平均温度降低。

数控加工件

②改善刀具结构。

减少刀齿数量,增加排屑空间。由于铝合金材料塑性大,在金属加工中切削变形大,需要较大的排屑空间,因此,排屑槽的底部半径应较大,铣刀齿数较少。

例如,φ20mm以下的铣刀采用两个刀齿;φ30~φ60mm的铣刀采用三个刀齿较好,以避免薄壁铝合金零件因切屑堵塞而产生变形。

细磨齿:刀齿切削刃的粗糙度值应小于Ra=0.4um。在使用新刀前,应在刀齿前后用细磨刀石磨几遍,以消除刀齿上残留的毛刺和轻微的锯齿线。这样一来,不仅可以减少切削热,而且切削变形也比较小。

严格控制刀具磨损标准: 刀具磨损后,工件表面粗糙度值增大,切削温度升高,工件变形增大。因此,除选择耐磨性好的刀具材料外,刀具的磨损标准不应大于0.2mm,否则容易产生碎屑结节。切削时,工件温度一般不要超过100℃,以防止变形。

04、注意切削的顺序

粗加工和精加工应采用不同的切削顺序。粗加工要求在短时间内以较快的切削速度切削毛坯表面的多余材料,形成精加工所需的几何轮廓。

因此,强调加工效率,追求单位时间内的材料去除率,应采用逆铣。而精加工要根据加工精度和表面质量的要求多调整数控加工质量,应采用顺铣。因为在顺铣过程中,刀齿的切削厚度逐渐减小到零,加工硬化现象会减少,零件的变形会得到一定程度的抑制。

05、薄壁零件的二次压制

在对铝合金薄壁零件进行数控加工时,夹紧力也是造成变形的重要原因,即使加工精度提高了,变形也是不可避免的。为了减少工件因夹紧而产生的变形,可在精加工达到尺寸之前,将被压件松开释放压紧力,使工件自由恢复原状,然后再稍加压制。

二次压制的操作点在支撑面上,夹紧力应沿工件刚性好的方向作用。夹紧力的大小应以夹紧工件不松动的强度为依据,这对操作者的经验和手感有较高要求。用这种数控加工方法的零件压缩变形小。

06、钻、铣加工方式

在带型腔的零件的金属数控加工中,如果铣刀直接下到零件中,会因铣刀缺乏含切削的空间而造成排屑不畅,导致大量切削热的积聚,而产生膨胀变形,甚至可能造成塌刀、断刀等事故。方法是先钻后铣,即用不小于铣刀尺寸的钻头钻出刀孔,然后用铣刀伸入刀孔开始铣削,这样可以有效解决上述问题。

联禾达精密机械有限公司是一家专业定制精密金属零件的制造商。先进的精密金属加工技术可以达到0.005mm,为客户提供高精度的金属零件。


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