圆形铝合金结构件常见于阀体类、泵体类和芯体类等零件，应用于军工、航天及高精密模具等领域。圆形铝合金结构件的最显著特点就是精度高且形状复杂，在材料选择上以2A12-T4铝合金居多，是一种常见材料，其机械加工性能良好，由于其最大的特点是易变形^[1]，因此其加工难度显而易见。

2.1 结构特点

图1所示圆形铝合金结构件为动力装置中的泵壳芯体，结构如图2所示。该泵壳芯体为复杂的镂空结构件，且属于薄壁件。从输出精度上看，泵壳芯体是关键精密输出结构件；从装配结构上看，泵壳芯体是整套结构的装配载体。

a）正视   b）侧视   c）仰视

a）正面结构    b）反面结构    c）侧面结构

图2 泵壳芯体结构

2.2 关键技术难点

泵壳芯体关键尺寸精度如图3所示，工件上有多处几何公差要求，且精度在0.02mm。从产品结构上分析，局部实体连接部分壁厚仅为2.5mm，符合薄壁件结构特点；从加工工艺上分析，在保证产品精度的同时，如何控制产品的变形显得尤为重要。

3.1 第一次开粗

第一次开粗如图4所示。

工艺分析如下。

1）去除大余量毛坯，使产品做初次应力释放。

2）粗车后工件的整体几何公差精度应＜0.1mm（含同轴度、垂直度和平面度），为后序定位加工做准备。

3.2 第二次开粗

（1）反面第二次粗加工　反面第二次粗加工如图５所示。

图5 反面第二次粗加工

实施方案：用三轴加工中心加工，立式自定心卡盘装夹工件底部圆形毛坯。

１）对图5所示工件绿色区域进行二次开粗，单边留量0.5mm。

２）将图5所示工件红色区域凹槽加工到位（即最终产品此处区域加工到位，不留余量）。

c）转换为6个M4螺纹孔和2个φ 4mm销孔

4）图5中有孔的大平面见光即可，保证与各孔垂直。

工艺分析如下。

1）根据产品结构、尺寸精度分析得出图5红色区域为减重区域，因此加工到位，同时也满足产品内应力的二次释放。

2）在本工序孔与孔之间完成尺寸转换后，与大平面共同形成“一面两销”的经典装夹定位模式，为后序工装设计做准备^[2]。

（2）正面第二次粗加工　正面第二次粗加工如图7所示。

实施方案：五轴加工中心加工，专用工装装夹。

1）设计一面两销五轴正面铣削专用工装（见图8）。

2）图7所示工件绿色区域进行二次开粗，单边留量0.5mm。

3）图7所示工件红色区域凹槽加工到位（即最终产品此处区域加工到位，不留余量）。

工艺分析如下。

1）根据产品结构、尺寸精度分析得出图7所示红色区域为减重区域，因此加工到位，同时也满足产品内应力的二次释放。

2）工件属于镂空结构的薄壁件，应优先考虑让工件垂直方向受力，而不是径向受力，设计思路为：①定位面设计思路。结合上一工序，在孔与孔之间完成尺寸转换后，遵循一面两销装夹原则，图8a中绿色面为定位面，两处红色销钉限位^[3]。②装夹方式设计思路。结合上一工序，在孔与孔之间完成尺寸转换后，设计4颗内六角圆柱头螺钉（图7中深蓝色零部件），反拉工件主体螺纹的装夹方式，考虑到本工序工件铣削余量较多，在工件最上端增加圆形盖板（图7a最上端黄色零部件），很好地起到稳定工件主体的作用。

入炉温度：室温；升温速度：127℃/h；保温温度：（185±10）℃；保温时间：4～5h；降温速度：43℃/h；冷却方式：随炉冷却；出炉温度：室温。

工艺分析：①消除工件加工过程中的内应力。②稳定工件基体组织。

5.1 车床工序

实施方案：数控车床加工，设计专用工装装夹。

1）图9所示为自由状态下基准平面见光。车床镗软爪，轻夹蓝色外圆，端面贴紧，车削红色大面见光。

图9 自由状态下基准平面见光

2）图10所示为精车工件正面。专用工装装夹（与五轴正面铣削工装相同），精车工件所有内孔区域与外圆红色区域。

图10 精车工件正面

a）侧视   b）剖视

图11 反面车削工装

图15 产品正面精加工

3）工件反面加工顺序：按图17a方式装夹工件，加工图17a、图17b中红色标记的8处螺纹孔、挂钩区域及挂钩内壁，期间程序暂停，按图17c所示卸下圆形压板，再加工工件端面红色区域至尺寸要求。

工艺分析如下。

1）反面铣削专用工装（见图16）装夹设计思路：①定位面设计思路。依然遵循一面两销装夹原则，图16a中两处绿色面为定位面，底部两处红色销钉限位。②装夹方式设计思路。根据工件螺钉位置，设计圆形花形压板（见图17a蓝色零部件），为防止精铣侧面挂钩振刀，增加中心圆形压板（见图17a上端黄色零部件）。

2）工件反面精加工分两工步进行，主要原因在于工件反面挂钩悬伸过长，在没有圆形压板的情况下，挂钩区域发生振刀现象，表面粗糙度不达标。

3）最后一个工序铣床工序关键部位精加工，加工内容较少，不会对整体精度产生影响，更不会产生内应力，工件加工完成后，经检验满足图样要求。

圆形铝合金结构件泵壳芯体的整个工艺开发过程的技术关键点，主要体现在以下3个方面：①从圆形铝合金结构件的结构特点出发，着重考虑产品在装夹过程中的受力方向。②让工件在自然状态下装夹，消除工件基准平面的变形。③在产品加工过程中多次释放内应力。以上3个方面相辅相成，使高精度产品得以完成。

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