弯管类零件内部圆角数铣加工技术研究

高杰,陈毅

(贵州航天电器股份有限公司 550009）

【摘要】本文通过对公司某弯管零件加工效率低、加工质量差的案例进行工艺分析，探讨了该弯管零件在数铣加工内部圆角时出现的内圆弧棱边的原因，并通过现有条件进行工艺改进使得零件合格。通过现有条件进行创新，提出了改良铣刀与编程轨迹的方式进行成形工艺改良，使得零件质量最后满足使用要求，有效保障了产品交付。同时，为公司多批次小批量的零件加工周期提供了坚实的保障。

关键词：弯管零件；内圆弧棱边；铣刀；编程轨迹

Research on the Machining Technology of Internal Fillet of Pipe part

【Abstract】In this paper , through the process analysis of a case of low processing efficiency and poor processing quality of a bent pipe part of our company, the reasons for the inner arc edge of the bent pipe part in the process of milling the inner fillet are discussed, and the existing conditions are improved to make the part qualified. Through the innovation of existing conditions, the milling process is improved by improving the milling cutter and programming trajectory, so that the quality of parts can finally meet the requirements and the product delivery is effectively guaranteed. At the same time, it provides a solid guarantee for the company's multi-batch and small-batch parts processing cycle.

Keywords:Pipe part; Inner arc edge; Milling cutter; Programming trajectory

一：前言

2022年以来，公司的的降本增效任务繁重，外部市场对产品价格与品质控制要求严苛，同时，各种产品型号趋于丰富，与之对应的是零件结构趋于复杂，以往的加工工艺不能满足现阶段成本控制、加工品质的要求。对于工艺人员来说，当面临加工难题时，需要深入现场针对加工现状、问题源头、工艺方法进行分析，寻求以最高效和最合理方法达成加工目的。

工艺是将原材料或者半成品加工成零部件、产品的方法和技术。对于零件的加工，涉及到从材料、设备、环境、参数、刀具等方面的内容。因此对于零件加工的工艺改进，可以是——材料、刀具、程序、参数、工序——多方面的。而对于我们来说，必须要从多方面考虑，让各项影响加工的因素达到最有利于加工的状态，才能打磨出最好的工艺。

二：研究背景

如图1所示是公司某型号产品常用的零件图，为典型的弯管形状。该零件主要做导通线束作用，一头为端面配合齿结构，另一头则是环形齿结构，且弯管角度不唯一，目前存在90°、135°两种。该零件材料通常采用2A12铝，整体板料加工，T4状态。

此零件的加工工艺流程是：下料→铣削成形→铣削成形→钳修→去毛刺→检验→除油→检验→入库。但在该工艺中，零件在铣削加工的过程中直接保证孔的外侧R光滑连通，内侧R通过钳修工序进行人工修锉。通过外部质量问题反馈，两孔相贯处出现过渡尖角；该尖角经过后期打磨无法完全修整至光滑过渡，弯管内部存在锐利棱边将导线外部胶套划损，直接导致产品不能使用返工返修甚至报废（如图2），经过对送外零件进行加工情况分析，原因主要有以下几点：

①数控铣削采用铣刀加工，对于内侧R角无法有效切削；

②零件两侧孔深，导致普通锉刀的常规修锉角度无法适用于刀具修模角度，导致修锉难度增加；

③相比于编程加工，人工加工一致性较差，且无法修锉至光滑面，使得零件内侧R面存在锐边。

图2 由图可看出内侧内腔相贯R处过度锐边已经把导线划伤

三：工艺分析研究及验证效果

1.工艺分析及方案

该零件材料为2A12铝合金，是一种高强度硬铝，点焊焊接性良好、冷作硬化后切削性能好，常用与航空航天领域的高负荷的零件和构件。针对弯管结构，可以拟出以下几种改良方案：

方案一：手工通过工具打磨铣削后锐边；

方案二：铣削加工方式优化；

方案三：铸造弯管标准件二次机加工。

2.方案对比及验证效果

1）方案一：手工打磨锐边

针对此类锐边问题，可类比于零件锐边与毛刺问题，常用的解决方案是采用后道工序进行处理，比较常见的后道处理工艺包括钝化、滚光、手工修锉。考虑到该零件材质、批量问题与车间加工现状，手工修锉更为合适，但常用的锉刀因修锉角度问题打磨困难。

目前使用钻头如图3所示，采用去毛刺工具深入90°弯管内打磨两直角交叉处，使之打磨光滑无锐边。可通过优化加工工具，设计更好的打磨工具，方面操作和加工更好，符合零件加工质量要求。但是此种方法费时费力，尤其浪费人工成本，需要安排专人进行操作培训，且要想打磨锐边至合格程度需要考验操作人员的耐心和熟练度，短期内想要达到理想效果是不行的。

图3 打磨工具

2）方案二：铣削加工方式优化

对于此类弯管零件的加工，通过设计两种非标刀具，刀具避空设置由零件和程序定义。如图4所示，专用圆弧T形铣刀，采用逐层铣削加工方式来进行铣R加工。圆弧过渡相接处，采用两端铣削进行相接，采用夹具保证两次铣削位置相接，不会产生台阶和过切现象。

图4 铣刀示意

其中刀具的改良，需要考虑到刀具结构与刀具材料。刀具需在直立情况下，完成零件弧形铣削加工，因此刀具切削位置需大于刀杆位置形成T形刀，采用T形刀具侧刃去切削内R位置，采用走轨迹方式进行加工。在刀具涂层行业，目前工艺较成熟和运用最广泛的是硬质涂层材料TiN、TiC、CrN、TiCN和DLC等。TiN涂层与基体结合强度的较差，涂层易脱落，在切削温度较高时候时膜层易氧化而被烧蚀。TiC涂层有较高的硬度与耐磨性，抗氧化性好，但涂层脆不耐冲击。TiCN涂层兼具TiC和TiN两种涂层优点，韧性好，不易崩刃。DLC涂层是类金刚石涂层，耐磨，防滑、硬度高、抗粘结性好，目前在刀具行业得到广泛运用。

弯管内R相接位置采用普通程序编制方法无法加工，本次攻关准备采用GIBBS CAM软件三轴铣削功能编制曲面加工程序，利用后置处理软件生成G代码程序导入机床进行切削加工。通过模拟实验，已经确定正常的退刀法无法加工尺寸过小的弯式外壳，根据零件形状的实际情况再结合编程软件的应用，摸索出了一种新的特殊的退刀方法，即沿零件弯管处走3D弯曲线抬刀。改良后的刀具路径按加工完成反向R后沿着零件的弯管形状走3D弯曲线到内圆圆心处再抬刀的，这样的走刀方法避免了伤到零件内壁的任何地方，完美避开了所有容易碰壁的危险点，保全了零件的完整性和形状要求。

图5 改良退刀轨迹

通过两种方案对比：

方案1中：采用手工打磨，每个人技能水平不同，加工出产品千奇百怪，批次一致性差，且小号的尾部外壳因孔径较小，采用手工修挫时，钻头深入孔内易出现划伤现象，合格率不足60%。

方案2中：采用攻关特殊刀具，配合编制数控程序和通用夹具制作加工，一致性好，接刀处根据程序设置，接刀良好，故优先采用方案2。

3）方案三：铸造弯管标准件二次机加工

铸造是将液体金属浇铸到与零件形状相适应的铸造空腔中，待其冷却凝固后，以获得零件或毛坯的方法。对于弯管零件，行业内较为常用的加工方法除了掰弯后就是浇铸、粉末冶金等方式。

考虑到公司弯管零件在两头的外形分别具有环齿与排齿等结构，而内孔则是光壁，可以统计常用弯管内外径尺寸，内孔采用模具铸造成形，外形根据零件型号大小采用铸造件二次机加工。考虑到公司目前没有铸造工艺，可以与公司现有外协铸件厂家开展合作，试开模一种型号弯式尾部外壳，核算零件加工成本，验证铸造件技术指标。（因涉及需求较小，且开模成本较高，故采用机加工的方式）

4）结论

通过对多个加工方案进行对比以及试验验证，零件采用铸造二次机加与机加成形两种方案均可，但是考虑到车间主要承接多品种小批量订单，开制模具成本较高昂，因此采用改良刀具与数控轨迹的方案进行机加成形最为合适。对于刀具，本项目设计两种刀具进行切削加工验证，分别为棒糖铣刀和圆弧T形刀；验证常用黄色涂层和黑色涂层对刀具寿命的影响。验证数控程序加工效率，固化刀具和加工参数；采用T型球头铣刀进行侧刃铣削，刀具采用TiCN涂层保证加工韧性的同时避免崩刃；对于走刀轨迹，重点改良退刀路径，在加工完反向R后沿弯管形状走3D弯曲线到内圆圆心处抬刀。如图7所示，实现最小号弯式尾部外壳内R连接处加工成型（零件越大越易加工），连接光滑，满足使用要求，固化加工刀具，程序和加工参数，零件加工合格率提升至95%以上。

图7 改良结果

四：结束语

该类零件是公司的一种常规通用件，在多种型号产品上均有应用。由于弯管零件结构较特殊，无法采用常规弯曲方式进行加工，以往铣削方式又会产生内部锐边，导致产品导线破损，产生严重质量问题。通过改进工艺，在成本并未增加的前提下优化了零件的表面质量，让零件达到使用要求，提升了产品的合格率，完善了系列产品的工艺，为后续产品扩型打好了基础。

参考文献

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