劉 旭，陳 琪

(蘇州市職業(yè)大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院，江蘇 蘇州 215104)

0 引言

隨著工業(yè)的不斷發(fā)展，液壓系統(tǒng)在汽車、航空、航天和管道等行業(yè)被廣泛應(yīng)用，通過液壓設(shè)備將系統(tǒng)內(nèi)的液體介質(zhì)壓力能與力學(xué)能相互轉(zhuǎn)換，達(dá)到傳遞力和力矩的目的[1-2]。液壓系統(tǒng)是將液體的壓力能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，因此對整個系統(tǒng)的密封性要求特別高[3-4]。而接頭零件作為連接高壓油管間的關(guān)鍵部件，其加工精度直接影響系統(tǒng)的密封性以及設(shè)備的正常運(yùn)行。為此，本文針對液壓升降機(jī)方形密封接頭零件加工尺寸超差、加工效率低的問題，對其加工工藝進(jìn)行了研究。

1 密封接頭零件原加工工藝分析

1.1 零件技術(shù)要求分析

圖1為某液壓升降機(jī)中密封接頭(簡稱接頭)零件。接頭整體尺寸為62.9 mm×54.6 mm×55.8 mm，內(nèi)部有圓孔，車削部分不借助夾具不易裝夾，主要尺寸公差為±0.05 mm、±0.02 mm、±0.03 mm等，圓孔兩端有R1和R2的圓弧要求，頂面、側(cè)面與基準(zhǔn)面之間有0.005 mm的垂直度和平行度要求，Φ31.8 mm內(nèi)孔有0.005 mm的同軸度要求，三面有孔或螺紋孔，尺寸和位置精度要求較高。接頭零件材料為Al6061，屬Al-Mg-Si系合金，中等強(qiáng)度，具有良好的塑性和優(yōu)良的耐蝕性，無應(yīng)力腐蝕開裂傾向，其焊接性優(yōu)良，耐蝕性及冷加工性好，主要用于殼體、箱體、管類、密封類零件，是一種使用范圍很廣泛的合金。接頭零件生產(chǎn)批量較大，毛坯尺寸為65 mm×58 mm×58 mm，四面銑削余量約為3 mm左右。

圖1 密封接頭零件

1.2 零件原加工工藝及生產(chǎn)中存在的問題

接頭零件原加工工藝是先利用車床夾具裝夾方形毛坯，完成內(nèi)孔及內(nèi)孔兩端R1、R2圓弧的加工，車削夾具如圖2所示。車削時，將毛坯放入內(nèi)方夾塊2中，內(nèi)方夾塊2由圓弧卡爪3夾緊；車削完成后再利用精密平口鉗分3次裝夾接頭零件，利用銑刀、鉆頭、絲錐進(jìn)行銑削、鉆孔、攻絲等加工，其中零件銑削裝夾方法如圖3所示。

在產(chǎn)品試制過程中，完成1個接頭零件的加工需要12 min，并且出現(xiàn)長度尺寸和平行度超差、內(nèi)孔兩端圓弧不對稱等問題，合格率僅為50%左右，加工效率和加工精度均滿足不了客戶大批量生產(chǎn)的要求。接頭零件原加工工藝方案見表1。

1-接頭零件；2-內(nèi)方夾塊；3-圓弧卡爪；4-卡盤；5-螺釘

圖3 零件銑削加工裝夾方法

經(jīng)過對機(jī)床、夾具等進(jìn)行詳細(xì)地分析，提出通過優(yōu)化接頭零件的加工工藝來提高加工效率和零件精度。

表1 接頭零件原加工工藝方案

2 接頭零件加工工藝優(yōu)化

2.1 加工問題分析

試加工完成后，對出現(xiàn)的問題做如下分析：

(1) 接頭零件長度尺寸和平行度超差、內(nèi)孔兩端圓弧不對稱等問題主要由于車削夾具引起。車削夾具夾持接頭位置呈方形直角結(jié)構(gòu)，夾持方形毛坯時，由于毛刺過多，特別是直角部分，容易使毛坯發(fā)生偏移、定位不準(zhǔn)確，進(jìn)而影響接頭零件的同軸度、垂直度以及長度尺寸。

(2) 加工效率低主要由于接頭零件銑削、鉆孔、攻絲時需要反復(fù)裝夾工件3次，頻繁的拆裝平口鉗、更換刀具、裝夾工件，大大縮短了有效加工時間，加工效率低下。

2.2 改進(jìn)措施

根據(jù)原加工工藝方案及加工問題，提出如下改進(jìn)：

(1) 改善方形毛坯的夾持狀態(tài)。在原工藝方案中，由于毛坯粗糙度值過高及車削夾具內(nèi)方結(jié)構(gòu)中直角處毛刺過多造成裝夾定位不準(zhǔn)確，從而影響接頭零件的長度尺寸、同軸度和垂直度。可以從毛坯和夾具兩方面進(jìn)行改進(jìn)：①在加工中心上對毛坯五面銑削(除底面外)，并銳角倒鈍，如圖4所示；②將車削夾具內(nèi)方夾塊的直角處做Φ10 mm倒角處理，如圖5所示。

圖4 毛坯五面銑削并倒角

圖5 內(nèi)方夾塊Φ10 mm倒圓角

(2) 設(shè)計加工中心專用夾具。接頭零件三面有孔或螺紋孔，加工時多次用到銑刀、鉆頭、絲錐等刀具，并需要多次掉頭裝夾，換刀頻繁，刀具空行程過多，占用大量時間。可采用多工位專用夾具，一次裝夾可完成多個零件的加工，大大提高了零件的加工效率。經(jīng)過反復(fù)的加工試驗(yàn)，所設(shè)計的多工位組合夾具如圖6所示。芯軸塊2上圓柱芯軸呈中空狀，并在頂端做倒角和開槽處理，以確保定位準(zhǔn)確、配合緊密；凹槽塊6中間有圓孔，圓孔和接頭的凸圓弧配合加工，并在孔底做倒角處理；定位塊7右側(cè)定位臺階處有圓孔倒角。

多工位組合夾具在機(jī)床上的裝夾如圖7所示。具體操作步驟為：①將底板通過螺栓和壓板安裝在加工中心工作臺上；②將芯軸塊、凹槽塊、定位塊通過夾緊機(jī)構(gòu)安裝定位牢固；③將接頭凹圓弧放入芯軸塊，凸圓弧放入凹槽塊，側(cè)面放入定位塊，鎖緊對應(yīng)的螺栓和壓板，一次裝夾3個零件；④加工完成后松開對應(yīng)的鎖緊螺栓，重復(fù)步驟②和③。

1-底板；2-芯軸塊；3-接頭零件；4-壓板；

圖7 多工位組合夾具在機(jī)床上的裝夾

2.3 新工藝擬定

根據(jù)上述分析，擬定了新加工工藝，如表2所示。

表2 新加工工藝方案

3 結(jié)語

采用新加工工藝后，接頭零件的加工發(fā)生了如下變化：

(1) 通過將毛坯五面銑削和倒角后再裝夾車削內(nèi)孔，變粗基準(zhǔn)為精基準(zhǔn)；同時把內(nèi)方夾塊直角處作圓孔倒角處理，大大提高了接頭零件的定位精度，有效避免了零件長度尺寸、同軸度、垂直度超差問題。首批1 000件產(chǎn)品中，接頭零件的合格率由原來的50%提高到98%。

(2) 設(shè)計加工中心專用多工位組合夾具，一次加工可同時裝夾3個零件，節(jié)約了零件裝夾時間；同一把絲錐可完成3個零件的攻絲后再換刀，大大減少了換刀時間。加工一個接頭零件的時間由原來的12 min減少到現(xiàn)在的5 min。

新加工工藝方案已經(jīng)在生產(chǎn)中得到了驗(yàn)證，實(shí)現(xiàn)了批量化生產(chǎn)，滿足了企業(yè)的產(chǎn)能要求，在同類零件的加工過程中具有一定的實(shí)踐指導(dǎo)意義和借鑒價值。