鎖緊座加工工藝改進(jìn)

■ 中國(guó)人民解放軍第五三一一工廠 （江蘇南京 210000） 張明光 程軍榮 朱愛華

1.鎖緊座結(jié)構(gòu)

生產(chǎn)中需要加工一種鎖緊座，材料為2A12-T4硬鋁，外形及尺寸如圖1所示。

圖 1

2.原工藝路線

該零件主要涉及軸向錐形輪廓和徑向菱形輪廓的加工，由于2個(gè)輪廓均涉及到圓弧、斜面的加工，考慮到采用數(shù)控設(shè)備進(jìn)行加工具有一定的優(yōu)勢(shì)，在現(xiàn)有設(shè)備條件下，軸向錐形輪廓可采用數(shù)控車床進(jìn)行加工；徑向菱形輪廓考慮到裝夾方式的限制，可采用線切割機(jī)床進(jìn)行加工，因此工藝路線安排如表1所示。

3.原工藝方法的不足

經(jīng)實(shí)際加工驗(yàn)證，該工藝路線主要存在幾點(diǎn)不足：

（1）多次裝夾易造成過切。雖然“數(shù)控車”工序與“線切割”工序均以φ48mm外圓及端面作為定位基準(zhǔn)，但存在多次裝夾，常常會(huì)因?yàn)榛鶞?zhǔn)校正時(shí)存在的不可避免的誤差，導(dǎo)致徑向菱形輪廓的中心與軸線產(chǎn)生偏移，使得線切割加工時(shí)破壞數(shù)控車已加工的φ10mm外圓表面形成“過切”現(xiàn)象，從而造成不良品的產(chǎn)生，如圖2所示。

圖2 產(chǎn)生“過切”的不良品

同時(shí)，加工中為了盡可能減小基準(zhǔn)不重合的誤差，需要壓縮“普車”工序獲得的φ48mm外圓公差，由此也就無形中增加了“普車”工序的加工難度。

（2）表面加工質(zhì)量低。由于線切割加工的原理是通過高頻脈沖放電產(chǎn)生瞬間高溫實(shí)現(xiàn)金屬去除，加工后獲得的零件表面較粗糙，明顯低于金屬切削方式獲得的表面質(zhì)量，因此需要在后續(xù)的“鉗工”工序中增加修光操作，來提高表面的加工質(zhì)量。

（3）加工效率低。車削加工完成后，由于考慮到零件裝夾方式的限制，因此安排采用線切割對(duì)徑向輪廓進(jìn)行加工。雖然線切割加工方式對(duì)二維輪廓的加工具有一定的適應(yīng)性，但線切割的電加工原理決定了其加工效率相對(duì)較低，根據(jù)實(shí)際加工情況，僅僅線切割工序就大約需要45min/件，同時(shí)由于線切割加工后的零件表面較粗糙，需要增加鉗工進(jìn)行修銼砂光，也會(huì)造成零件整體加工效率的降低。根據(jù)實(shí)際加工情況，每件零件的加工時(shí)間約需要75min，并且主要積壓在線切割工序（45min/件）和鉗工工序（20min/件），最終導(dǎo)致整個(gè)零件的加工周期較長(zhǎng)。

表1 改進(jìn)前的工藝路線

（4）原材料消耗增加。根據(jù)HB5800-1999-Ⅱ的一般公差規(guī)定，零件徑向最大尺寸為40－0－0.39mm，原材料選用φ40mm的鋁棒完全能夠滿足加工，但是由于考慮到線切割工序需要對(duì)外圓表面進(jìn)行裝夾，需加大毛坯的直徑，以提高零件裝夾狀態(tài)下必要的剛性，因此造成原材料消耗的增加。加工后的零件體積僅3 552mm3，按每件消耗φ50mm×30mm的鋁棒計(jì)算，則原材料利用率較低，僅為3 5 5 2÷（π×252×30）×100%＝6.0%。

4.改進(jìn)措施

（1）針對(duì)“多次裝夾易造成過切”的問題，可通過減少裝夾次數(shù)，一次裝夾同時(shí)完成軸向錐形輪廓和徑向菱形輪廓的加工，則基準(zhǔn)不重合導(dǎo)致的“過切”現(xiàn)象即可得到有效控制。

（2）針對(duì)“表面加工質(zhì)量較低” 的問題，雖然可以通過調(diào)整線切割機(jī)床的放電脈沖參數(shù)，在一定程度上提升加工表面的質(zhì)量，但其電加工原理決定了采用線切割方式無法達(dá)到刀具切削加工獲得的表面質(zhì)量，因此為使零件獲得一致的加工表面，采用金屬切削方式替代原先的電加工方式。

（3）針對(duì)“加工效率低”的問題，可采用數(shù)控銑削方式替代電加工方式，不僅可以大幅提高加工效率，同時(shí)也解決了“表面加工質(zhì)量較低”的問題。

（4）針對(duì)“原材料消耗增加”的問題，需要從裝夾方式上解決，也就是說只要裝夾位置與需要加工的徑向菱形輪廓之間不干涉，即無需通過增加毛坯直徑提高其裝夾位置的剛性。

綜上所述，本次工藝改進(jìn)的重點(diǎn)是，在確定采用金屬切削加工方式對(duì)徑向菱形輪廓進(jìn)行加工的條件下，對(duì)零件的裝夾方式進(jìn)行改進(jìn)。

5.改進(jìn)后的工藝路線安排

根據(jù)工藝分析改進(jìn)加工工藝路線，如表2所示。

表2 改進(jìn)后的工藝路線

6.改進(jìn)效果

經(jīng)實(shí)際加工驗(yàn)證，改進(jìn)后的工藝路線主要在加工質(zhì)量、加工效率方面效果明顯。

（1）加工質(zhì)量方面。改進(jìn)后使用“車削中心”加工時(shí)，先采用車削模式對(duì)軸向錐形輪廓進(jìn)行加工，再切換至銑削模式對(duì)徑向菱形輪廓進(jìn)行加工，由于通過夾持毛坯外圓一次安裝同時(shí)完成2個(gè)輪廓的加工，因此定位基準(zhǔn)未發(fā)生變化，實(shí)現(xiàn)了加工基準(zhǔn)的統(tǒng)一，也就消除了基準(zhǔn)不重合情況下出現(xiàn)的“過切”現(xiàn)象。

改進(jìn)后采用銑削模式對(duì)徑向菱形輪廓進(jìn)行加工獲得的零件表面，不僅表面加工質(zhì)量得到了大幅提升，而且零件加工尺寸精度更高、一致性更好，如圖3所示，并且避免了后續(xù)的鉗工修挫、打磨。

圖3 改進(jìn)后的零件加工效果

由于通過銑削獲得的徑向菱形輪廓尺寸一致性好，因此車、銑復(fù)合加工完成后，可制作鋁質(zhì)鉗口并加工菱形缺口，如圖4所示，通過夾持零件的菱形輪廓，并采用成形倒角刀加工端面圓角，不僅定位可靠、裝夾穩(wěn)定，而且相對(duì)于挫修圓角成形刀銑削獲得的圓角加工質(zhì)量更好，加工效率更高。

圖4 采用鋁質(zhì)鉗口裝夾零件

（2）加工效率方面。采用銑削方式替代電加工方式，加工效率可得到大幅提升，原先采用線切割方式加工徑向菱形輪廓，加工時(shí)長(zhǎng)約45min/件；改進(jìn)后采用銑削方式加工徑向菱形輪廓，加工時(shí)長(zhǎng)僅需約4min/件，單道工序效率提高10倍以上，并且由于表面加工質(zhì)量得到了大幅提升，也節(jié)省了后續(xù)修挫、打磨的時(shí)間，因此加工效率方面的改進(jìn)效果尤其突出，如表3所示。

表3 改進(jìn)前后各工序加工時(shí)長(zhǎng)統(tǒng)計(jì) （單位：min）

（3）材料利用率方面。改進(jìn)后原材料毛坯規(guī)格由φ50mm變?yōu)棣?0mm，原材料消耗降低了36%，材料利用率由原先的6.0%提高至9.4%，不僅節(jié)約原材料，而且由于加工余量的減少，也節(jié)省了能源、刀具等方面成本。

7.結(jié)語

雖然零件加工的工藝方法多種多樣，但工藝安排是否合理至關(guān)重要。生產(chǎn)中要求技術(shù)人員安排工藝時(shí)，不僅要從能否實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品加工的可行性方面出發(fā)，更要從產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)效率和加工成本等多方面考慮，尤其在生產(chǎn)設(shè)備不斷更新的情況下，工藝人員更要在降本增效方面給予高度關(guān)注，及時(shí)對(duì)工藝文件持續(xù)進(jìn)行改進(jìn)。