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一種彎頭管嘴類零件車削加工的工藝優(yōu)化

2020-12-3 來源：航空工業(yè)慶安集團(tuán)有限公司作者：李濤

摘要：介紹了某航空產(chǎn)品120°彎頭管嘴零件的加工工藝及工裝設(shè)計方案優(yōu)化過程，重點論述了工藝流程中如何選擇定位基準(zhǔn)及夾緊方式，如何通過正確的基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換來確保零件加工質(zhì)量，提高加工效率，進(jìn)而形成規(guī)范的工藝流程及典型工裝設(shè)計。

關(guān)鍵詞：彎頭管嘴；定位夾緊；車削加工；快換系統(tǒng)

長期以來，無工藝附加彎頭管嘴類零件的加工過程中，始終存在零件定位不可靠、夾持不緊、跳動量超差的問題。本文涉及的某管嘴零件如圖 1 所示，依次加工兩油孔相貫錯位量大，形位公差超差嚴(yán)重，零件加工質(zhì)量差，效率低，嚴(yán)重影響產(chǎn)品生產(chǎn)進(jìn)度。

圖1 零件圖樣

圖2 鍛件毛坯

1、工藝分析

零件鍛件毛坯見圖 2 所示，鍛件表面錯移，表面不規(guī)則，且無工藝附加，彎頭呈 120°夾角，頸部尺寸短，夾具難以設(shè)計可靠的定位、夾緊結(jié)構(gòu)。現(xiàn)場采用自制夾具加工，經(jīng)常出現(xiàn)零件尺寸超差，質(zhì)量不穩(wěn)定，效率低等現(xiàn)象，嚴(yán)重影響了零件的正常交付。圖 3 為原工藝流程。

圖3 原工藝流程

1.1 原工序分析

15、20 工序，使用自制夾具見圖 4。工序基準(zhǔn)為零件兩個外圓和其中心線交點，工件在夾具上的定位基準(zhǔn)選擇與工序基準(zhǔn)相同，符合基準(zhǔn)重合原則的要求，但零件毛坯為鍛件且缺陷較重，零件兩次裝夾，定位基準(zhǔn)選擇與工序基準(zhǔn)均無法保證重合，定位夾緊不可靠，加上自制夾具沒有經(jīng)過熱處理，使用時間長產(chǎn)生變形，導(dǎo)致粗車的兩端有偏移，不能保證零件兩端軸線在同一基準(zhǔn)面上，120°夾角誤差較大，實際加工的工件表面形位誤差不能滿足后續(xù)加工要求。

30、35 工序，使用自制兩爪卡盤裝夾見圖 5，夾緊比較牢靠，但此夾具兩道精車工序分別使用 15、20 工序的兩個粗基準(zhǔn)進(jìn)行定位夾緊，理論上粗基準(zhǔn)只能選用一次，而且自制卡盤兩爪材料未熱處理，長期使用后接觸面產(chǎn)生變形，夾具中心偏移，導(dǎo)致車削時外圓跳動量大，螺紋表面車削不出來，且難以保證零件兩端軸線在同一基準(zhǔn)面上，120°夾角誤差也較大。導(dǎo)致零件兩中心油孔交叉錯位，造成成批量報廢、嚴(yán)重影響產(chǎn)品交付。

圖4 自制車外圓夾具

圖5 自制兩爪卡盤夾具

分析工藝方案，找出造成零件加工超差，不穩(wěn)定的三點原因，見表 1，并有針對的提出改進(jìn)措施，保證零件順利加工。

1.2 優(yōu)化后的工藝流程

優(yōu)化后的工藝流程如圖 6 所示，保證零件順利加工完成。

表1 方案優(yōu)化措施表

圖6 優(yōu)化后工藝流程

2 、工藝及工裝優(yōu)化過程

通常情況下，在機(jī)床上加工工件時，為保證加工精度，首先需要保證工件在夾具上正確定位、夾緊，使工件在機(jī)床上占有正確的位置[1]，才能加工出合格的零件。為此梳理優(yōu)化工藝流程，改變原加工策略，最終形成工藝及配套工裝如下。

2.1 粗車 Φ16 外圓

15 工序，粗車 Φ16 外圓至 Φ14。夾具設(shè)計如圖 7所示，采用了過定位原理，用雙 V 型同時定位，雙面夾緊的結(jié)構(gòu)，其中一個活動 V 型塊可以調(diào)節(jié)夾具中心高，彌補(bǔ)鍛件毛胚來源不規(guī)則帶來的中心偏移問題，且材料選為耐磨性好的 Cr WMn，方便磨損后更換。另一固定 V 型起輔助定位夾緊作用。在通常情況下，過定位是不能使用的，但在某些特定情況下采用過定位方式能解決工件在機(jī)械加工中難以解決的一些問題 , 從而可獲得良好的加工效果 , 保證加工質(zhì)量。

圖7 粗車毛坯一端外圓

2.2 粗車 Φ14 外圓

20 工序，粗車 Φ14 外圓至 Φ13。夾具設(shè)計如圖 8所示，用零件 15 工序車削外圓 Φ14 定位，120°夾角和活動 V 型塊定向的結(jié)構(gòu)，其中活動 V 型塊可以調(diào)節(jié)夾具中心高，彌補(bǔ)中心偏移問題，且材料選為耐磨性好的 Cr WMn，方便磨損后更換。

圖8 粗車毛坯另一端外圓

2.4 精車 Φ10 外圓

40 工序，精車 Φ10 外圓、鉆中心油路孔，夾具設(shè)計如圖 10 所示，用雙 V 型同時定位，雙面夾緊的結(jié)構(gòu)，其中一個 V 型限制車削零件中心高，側(cè)邊 V 型起輔助夾緊作用，定位塊材料選用耐磨性好的 Cr WMn，保證工件定位準(zhǔn)確、夾緊牢固，夾緊部位對主軸跳動量應(yīng)控制在Φ0.03 內(nèi)，車間使用非常穩(wěn)定。

圖10 精車外圓面

2.5 精車螺紋

45 工序，精車 M12 螺紋、鉆中心油路孔，夾具設(shè)計如圖 11 所示，用零件 40 工序精車外圓 Φ10 作為主定位，零件 120°夾角定角向位置，15 工序粗車 Φ14 外圓為輔助定位，壓板采用圓弧形式，保證了零件定位、夾緊可靠。該夾具由主體、配重、定位板、壓板、螺釘、圓柱銷組成。在結(jié)構(gòu)上，定位部分鑲?cè)胍r套，材料為黃銅，以免劃傷前道工序外圓表面，定位板和壓板均選用硬度高、耐磨性好的 Cr WMn 做為制造材料，且定位板用螺釘和圓柱銷連接在主體上，以便磨損后更換，夾具裝配時，夾緊部位對主軸跳動量應(yīng)控制在 Φ0.03 內(nèi)。經(jīng)過本次工藝改進(jìn)及工裝優(yōu)化驗證，在車間加工過程中，未發(fā)生之前加工的質(zhì)量問題，零件的尺寸都符合設(shè)計圖紙要求，滿足了產(chǎn)品的配套交付任務(wù)。

圖11 精車螺紋面

3 、車床夾具的模塊化實現(xiàn)

夾具模塊化實現(xiàn)過程是在進(jìn)行各工序需求分析的基礎(chǔ)上，對其夾具結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行評估，確定模塊化設(shè)計方案，主要包括專用模塊設(shè)計、通用模塊設(shè)計、模塊間組合[2]。首先進(jìn)行專用模塊的設(shè)計，四道工序使用的車削夾具因基準(zhǔn)選擇、定位方式不一樣，對其單獨進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計，車床夾具主體、配重塊、壓板等可設(shè)計成通用模塊，便于相互間的互換，最后進(jìn)行各模塊間的組合，形成最終夾具。

而目前以外圓或者內(nèi)孔定位的車削工序，粗加工都是用三爪卡盤定位裝夾，三爪的自定心差，每次換爪都要重新找正，在半精加工或精加工定位一般采用軟爪定位裝夾，但是軟爪更換，需要重新鏜削軟爪，換裝、找正、調(diào)整時間長，效率低，另外三爪卡盤裝夾離心力大，無法獲得高轉(zhuǎn)速。

圖12 車床夾具快換過程

通過瀚柏格夾具快換系統(tǒng)實現(xiàn)車削夾具模塊間的快速更換。如圖 12 所示，車床主軸與法蘭盤連接，法蘭盤與卡盤連接，卡盤內(nèi)預(yù)留標(biāo)準(zhǔn)接口實現(xiàn)內(nèi)徑夾持、外徑夾持等，重復(fù)定位精度保證在 0.01 以內(nèi)，實現(xiàn)各工序夾具模塊間的快速更換。經(jīng)生產(chǎn)車間實際驗證，運用快換系統(tǒng)實現(xiàn)各工序間的加工能夠滿足工藝要求，做到機(jī)外裝夾工件，機(jī)床不停機(jī)加工，縮短了輔助準(zhǔn)備時間，降低了工人勞動強(qiáng)度，提高了零件加工質(zhì)量和生產(chǎn)效率。

4、結(jié)束語

通過對某管嘴零件車削加工的工藝優(yōu)化及工裝設(shè)計，徹底解決了以往該零件加工多次返工，成批報廢的問題，車間生產(chǎn)過程中，零件加工質(zhì)量穩(wěn)定，效率明顯提升，一次合格率達(dá) 98 ﹪，為后續(xù)類似零件的加工提供了重要的參考依據(jù)。

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