孔小會(huì)

（山東聯(lián)誠(chéng)精密制造股份有限公司，濟(jì)寧 272100）

薄壁零件具有優(yōu)良的特點(diǎn)，如質(zhì)量輕、結(jié)構(gòu)緊湊、節(jié)約材料和空間等，目前廣泛應(yīng)用于機(jī)械行業(yè)及其他相關(guān)行業(yè)。但是，薄壁零件的剛性差、強(qiáng)度弱，導(dǎo)致加工難度大。例如，它在加工過(guò)程中極易變形，不易保證零件的加工精度和加工質(zhì)量的穩(wěn)定性。

薄壁平衡塊目前采用數(shù)控立式加工中心配合相應(yīng)的液壓夾具，對(duì)刀具的幾何參數(shù)等工藝進(jìn)行詳細(xì)的分析實(shí)驗(yàn)，合理選擇加工方法，從而克服平衡塊在加工過(guò)程中出現(xiàn)的變形，保證加工精度。

1 工件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

工件薄壁平衡塊的外形是一個(gè)扇形，材質(zhì)為QT600，硬度187～255 HBW，內(nèi)部是一個(gè)異形孔，最薄的地方只有4 mm厚。平衡塊的尺寸精度要求如圖1所示，中心孔B基準(zhǔn)的直徑是Φ69.914～69.944 mm，公差只有0.03 mm。下面是一個(gè)異形毛坯孔。加工C基準(zhǔn)孔和外圓時(shí)，間斷切削。此處壁厚只有4 mm，易產(chǎn)生切削應(yīng)力變形影響B(tài)基準(zhǔn)孔的公差尺寸，是工件加工的難點(diǎn)。

圖1 平衡塊結(jié)構(gòu)圖

2 傳統(tǒng)工藝加工方案存在的問(wèn)題

薄壁零件銑削加工過(guò)程中容易變形，主要是切削應(yīng)力和裝夾造成的變形[1]。傳統(tǒng)加工方案用數(shù)控加工中心和數(shù)控車床加工，分為兩道工序加工。一是OP10工序。用Φ60 mm的盤銑刀粗精銑上平面到圖紙尺寸，用Φ20 mm的合金銑刀粗銑內(nèi)孔Φ51.04～51.07 mm到Φ50.7 mm（留0.3～0.4 mm），用Φ20 mm的合金銑刀粗銑內(nèi)孔Φ69.914～69.944 mm到Φ69.6 mm（留0.3～0.4 mm），用精鏜刀精鏜內(nèi)孔Φ51.04～51.07 mm和Φ69.914～69.944 mm，鉆2×Φ18 mm兩處小孔。二是OP20工序。粗精車外圓“C”到圖紙技術(shù)要求。

平衡塊的加工難點(diǎn)B基準(zhǔn)孔，在OP10工序就加工到了圖紙要求的尺寸。取下工件測(cè)量B基準(zhǔn)孔直徑Φ69.914～69.944 mm橢圓度誤差在0.005～0.015 mm，尺寸符合圖紙要求。但是，在OP20加工完成后，取下工件測(cè)量B基準(zhǔn)孔的直徑Φ69.914～69.944 mm橢圓度誤差在0.03～0.04 mm，可見(jiàn)直徑尺寸已經(jīng)超出圖紙的要求[2]。

究其原因，可能是由于平衡塊外形是一個(gè)扇形，最薄壁厚只有4 mm，精度要求比較高的B基準(zhǔn)孔先加工到位，在粗精車外圓時(shí)斷向切削，而斷向切削應(yīng)力沒(méi)有釋放出來(lái)以及裝夾引起工件變形導(dǎo)致直徑Φ69.914～69.944 mm橢圓尺寸超出圖紙?jiān)试S的公差。再次試加工幾件，在OP10工序加工完后，在工裝上測(cè)量B基準(zhǔn)孔橢圓度誤差在0.01 mm之內(nèi)；OP20工序加工完后，在工裝上測(cè)量B基準(zhǔn)孔橢圓度誤差在0.02 mm之內(nèi)，取下工件測(cè)量其橢圓度誤差達(dá)到了0.04 mm。從工裝方面考慮，工裝夾具采用的是手動(dòng)工裝。工人裝夾工件時(shí)用力大小無(wú)法控制，裝夾時(shí)受力不均勻?qū)е鹿ぜ冃危拐麄€(gè)加工過(guò)程質(zhì)量不穩(wěn)定，導(dǎo)致薄壁平衡塊的報(bào)廢率較高。

3 解決辦法

3.1 優(yōu)化加工工藝

針對(duì)存在的問(wèn)題，改進(jìn)加工工藝。加工設(shè)備改為數(shù)控加工中心。一是OP10工序，用Φ60 mm的盤銑刀粗精銑上平面到圖紙尺寸，鉆2×Φ18 mm兩處小孔。二是OP20工序，用Φ20 mm的合金銑刀粗銑內(nèi)孔Φ51.04～51.07 mm到Φ50.85 mm（留精鏜加工余量0.2 mm）[3]，用Φ20 mm的合金銑刀粗銑內(nèi)孔Φ69.914～69.944 mm到Φ69.73 mm（留精鏜加工余量0.2 mm）[3]，用Φ20 mm的合金銑刀粗銑、半精銑、精銑扇形外圓“C”，最后用精鏜刀精鏜內(nèi)孔Φ51.04～51.07 mm和Φ69.914～69.944 mm。

3.2 改進(jìn)工裝

夾緊裝置的設(shè)計(jì)是否正確，對(duì)保證工件的加工精度、提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度等都有直接影響[3]。由于薄壁零件自身的特點(diǎn)，裝夾力度過(guò)大或受力不均勻會(huì)導(dǎo)致工件產(chǎn)生彈性變形影響零件的尺寸和形位公差的精度，最終導(dǎo)致加工的零件尺寸超差。為了解決這個(gè)問(wèn)題，設(shè)計(jì)液壓工裝時(shí)要謹(jǐn)慎選擇壓緊缸和支撐缸的型號(hào)與大小。

3.2.1 液壓工裝設(shè)計(jì)

先用軟件NOVEX估算徑向切削力、軸向切削力和主切削力，如圖2所示[3]。

圖2 軟件NOVEX估計(jì)算出徑向切削力和摩擦系數(shù)圖

估算過(guò)程中，采用的相關(guān)公式為：

式中：安全系數(shù)可選擇2～3，這里選擇2；摩擦系數(shù)為0.1。

通過(guò)計(jì)算OP10工序所需總壓緊力為232 N，采用2個(gè)液壓缸和3個(gè)浮動(dòng)支撐缸。查閱臺(tái)灣嘉剛手冊(cè)，選擇杠桿液壓缸型號(hào)CHLC-25，浮動(dòng)支撐缸型號(hào)CSP36，油壓設(shè)為30 kg·cm-2。OP20工序所需總壓緊力216 N，采用2個(gè)液壓缸和1個(gè)浮動(dòng)支撐缸。查閱臺(tái)灣嘉剛手冊(cè)，選擇杠桿液壓缸型號(hào)CHLC-25，浮動(dòng)支撐缸型號(hào)CSP45，油壓設(shè)為30 kg·cm-2。設(shè)計(jì)的液壓夾具如圖3所示。

圖3 液壓夾具結(jié)構(gòu)圖

3.2.2 液壓工裝的工作過(guò)程

OP10工序把工件安裝在毛坯定位面上，先用手動(dòng)帶緊中間的開(kāi)口壓板，防止浮動(dòng)支撐缸頂起時(shí)工件脫離定位。OP20工序把OP10加工完的半成品安裝在這個(gè)工位，用一面兩銷定位[4]。啟動(dòng)機(jī)床上液壓工裝夾緊按鈕，油路通過(guò)順序閥先啟動(dòng)支撐缸。支撐缸上端接觸工件后，給壓緊液壓缸送油壓板壓緊工件，關(guān)閉機(jī)床門。啟動(dòng)機(jī)床程序按鈕，機(jī)床開(kāi)始加工工件。

4 傳統(tǒng)工藝和新工藝對(duì)比

優(yōu)化工藝后，薄壁平衡塊的加工狀況發(fā)生了顯著變化，主要體現(xiàn)在如下方面。

（1）工藝改進(jìn)后，數(shù)控加工中心生產(chǎn)的薄壁平衡塊的質(zhì)量提升明顯。從產(chǎn)品加工的合格率看，在改進(jìn)工藝和工裝裝夾方式后，數(shù)控加工中心加工的產(chǎn)品合格率達(dá)到了99%以上，質(zhì)量穩(wěn)定。

（2）由傳統(tǒng)的手動(dòng)工裝改為液壓工裝，有效減少了因工人裝夾力度不一致引起的工件變形，提升了質(zhì)量，也明顯降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。

（3）設(shè)備由一臺(tái)數(shù)控立式四軸加工中心和一臺(tái)數(shù)控車床改為一臺(tái)普通數(shù)控立式加工中心。原工藝加工的內(nèi)容主要在OP10四軸加工中心上，工序較慢，OP20車床較快，生產(chǎn)節(jié)拍不匹配。改進(jìn)后優(yōu)化工藝，OP10和OP20加工時(shí)間差縮小，且設(shè)計(jì)的液壓工裝在一套工裝上，既匹配了生產(chǎn)節(jié)拍，又節(jié)省了一臺(tái)四軸加工中心和一臺(tái)數(shù)控車床[5]。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)分析薄壁平衡塊加工工藝，找到了薄壁平衡塊質(zhì)量不穩(wěn)定的原因并進(jìn)行了改進(jìn)。薄壁零件銑削加工時(shí)，提前對(duì)工件工藝優(yōu)化分析是關(guān)鍵。薄壁零件在加工時(shí)由于震動(dòng)、夾緊力、切削熱、內(nèi)應(yīng)力等對(duì)變形的影響，使得工件在加工過(guò)程中極易發(fā)生形狀變化，導(dǎo)致零件的精度超差或不穩(wěn)定。為了控制薄壁零件加工過(guò)程中的變形，必須盡量降低切削力、熱應(yīng)力和工件裝夾引起的變形。