液控閥閥體加工工藝分析及夾具設(shè)計(jì)

楊明霞，師超紅，李森源

（運(yùn)城職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山西運(yùn)城 044000）

0 引言

液控閥是現(xiàn)代機(jī)械化采煤綜采液壓支架用的控制閥類之一，閥體是液控閥的重要零件之一。其加工工藝的可行性、合理性、先進(jìn)性將直接影響零件的質(zhì)量、生產(chǎn)成本、使用性能和壽命［1］。某公司在制造液控閥時(shí)，采用原加工工藝時(shí)閥的性能試驗(yàn)合格率僅有85%，經(jīng)分析問題出現(xiàn)在液控閥閥體上，由于該閥體在生產(chǎn)加工中產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定，造成閥體部分加工尺寸達(dá)不到精度要求。

為了提高液控閥整體性能及使用壽命，本文針對閥體加工中尺寸和位置精度問題對閥體加工工藝和夾具進(jìn)行了分析研究，重點(diǎn)是車床、鉆床夾具的設(shè)計(jì)改進(jìn)，最終取得顯著的效果。

1 閥體在加工過程中存在的問題

某公司在試制液控閥時(shí)，在閥體生產(chǎn)加工過程中閥體尺寸和位置精度達(dá)不到要求，造成液控閥裝配后部分產(chǎn)品發(fā)生滲漏現(xiàn)象；在零件加工過程中，機(jī)械加工工藝的內(nèi)在因素不容忽視，很大程度上影響著零件加工的精度。其一，在機(jī)械加工過程中，會(huì)存在幾何精度誤差，這個(gè)誤差幾乎是不可避免的，且對零件的精度造成較大的影響。其二，在加工機(jī)械組裝的過程中，如果存在安裝不規(guī)范和操作不規(guī)范的情況，也將對所加工的零件精度造成影響。因此，只有從機(jī)械加工工藝本身進(jìn)行改進(jìn)，才可能有效提升加工零件的精度［2］。所以將主要問題集中在生產(chǎn)設(shè)備、加工工藝和操作者水平等幾個(gè)方面。針對問題產(chǎn)生的原因進(jìn)行分析研究后，對生產(chǎn)設(shè)備和操作者水平等問題，企業(yè)有針對性地進(jìn)行設(shè)備維修和員工培訓(xùn)，而閥體加工工藝問題是突出問題，需要對閥體兩組尺寸的加工工藝進(jìn)行分析研究和修訂。

1.1 零件問題分析研究

圖1 液控閥閥體

圖1 所示為液控閥閥體簡圖。液控閥裝配后在測試過程中閥體的左端和進(jìn)出油口的聯(lián)接處均出現(xiàn)滲漏現(xiàn)象，在對這兩個(gè)位置進(jìn)行檢測和分析后，發(fā)現(xiàn)主要存在以下兩個(gè)問題：

（1）閥體左端M33×1.5螺紋孔與φ30H7主閥孔這兩個(gè)尺寸的同軸度超差，達(dá)不到設(shè)計(jì)要求公差φ0.05 mm，造成液控閥裝配后出現(xiàn)滲漏現(xiàn)象；

（2）閥體進(jìn)出油口位置上2－φ15 H9沉孔深度1.80－0.05mm尺寸超差，達(dá)不到設(shè)計(jì)要求和密封要求，造成液控閥裝配后出現(xiàn)滲漏現(xiàn)象。

1.2 問題1加工工藝分析研究

重點(diǎn)對閥體M33×1.5螺紋孔與φ30H7主閥孔加工工藝中工序、工步和夾具進(jìn)行分析研究，如圖2所示。

加工閥體右端M33×1.5螺紋孔與φ30H7主閥孔時(shí)，用L型車床專用夾具一次裝夾完成M33×1.5螺紋孔與φ30H7主閥孔的加工，即保證兩個(gè)尺寸要求同時(shí)又可以保證同軸度公差φ0.05 mm的要求。但是在掉頭加工閥體左端M33×1.5螺紋孔工步時(shí)，采用的是同一個(gè)車床專用夾具，造成左端M33×1.5螺紋孔在加工完成后與φ30H7主閥孔的同軸度誤差超出同軸度設(shè)計(jì)公差，因而導(dǎo)致M33×1.5螺紋孔與φ30H7主閥孔同軸度超差。

通過對閥體左端M33×1.5螺紋孔與φ30H7主閥孔加工工藝分析研究，發(fā)現(xiàn)問題出現(xiàn)在閥體左端M33×1.5螺紋孔加工工序的工步夾具上，該工步夾具設(shè)計(jì)思路出現(xiàn)原則性問題，違背了粗基準(zhǔn)只能使用一次的原則［3］。重復(fù)使用粗基準(zhǔn)造成M33×1.5螺紋孔與φ30H7主閥孔同軸度超差，從而造成液控閥裝配后測試出現(xiàn)滲漏現(xiàn)象。

圖2 原主閥孔及M33×1.5車床夾具

1.3 問題2加工工藝分析研究

重點(diǎn)對閥體2－φ15 H9沉孔深度1.80－0.05mm尺寸加工工藝中工序、工步和夾具進(jìn)行分析研究；原閥體加工工藝是使用L型鉆床夾具锪2－φ15 H9深1.8－00.05mm的沉孔（沉孔是裝端面密封的O型密封圈），沉孔的深度公差是0.05 mm，鉆床夾具如圖3所示。

采用這種結(jié)構(gòu)的鉆床夾具锪兩個(gè)沉孔時(shí)，采用三面定位［4］，主要定位面是下面基準(zhǔn)A；采用此套鉆床夾具加工2－φ15 H9沉孔深度1.80－0.05mm尺寸，很難保證沉孔深度公差0.05 mm。通過對該工序加工流程的分析研究，發(fā)現(xiàn)問題出現(xiàn)在工序夾具上，認(rèn)為該工序鉆床夾具難以控制沉孔加工的深度公差，主要是定位基準(zhǔn)選擇錯(cuò)誤，造成工序加工尺寸達(dá)不到設(shè)計(jì)精度要求，主要原因有兩個(gè)。

圖3 原2－φ15H9沉孔鉆具

（1）與企業(yè)技術(shù)人員溝通，他們認(rèn)為夾具是因基準(zhǔn)不重合造成，改進(jìn)思路沒有轉(zhuǎn)換，認(rèn)為沉孔深度1.80－0.05mm 的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)是B面，而夾具主要定位基準(zhǔn)是零件的A面，這樣造成基準(zhǔn)不重合誤差增大，重點(diǎn)放在如何解決基準(zhǔn)不重合問題。但是，此思路忽略了閥體的厚度尺寸60 mm是自由尺寸，就是嚴(yán)格控制60 mm的毛坯尺寸，也達(dá)不到設(shè)計(jì)精度0.05 mm。

（2）違背了定位基準(zhǔn)選擇原則，選擇閥體60 mm的毛坯尺寸（粗基準(zhǔn)）做為定位基準(zhǔn)加工以閥體基準(zhǔn)B控制的2－φ15 H9深度尺寸，其設(shè)計(jì)思路明顯錯(cuò)誤。

2 閥體加工工藝改進(jìn)和夾具設(shè)計(jì)

2.1 閥體加工工藝改進(jìn)

針對閥體在加工中產(chǎn)生問題的分析研究，對閥體加工工藝進(jìn)行了部分修改，將閥體加工工藝中M33×1.5螺紋孔與φ30H7主閥孔加工工序的兩個(gè)工步改為兩個(gè)工序，并在兩個(gè)工序間增加一個(gè)檢測工序；將閥體加工工藝中2－φ15 H9沉孔深度1.80－0.05mm加工工序前增加一個(gè)鉗工工序，以保證鉆孔工序的定位面清潔無毛刺。

2.2 車床專用夾具設(shè)計(jì)改進(jìn)

車床夾具的設(shè)計(jì)原則是：“工序集中”［5］。為保證閥體左端M33×1.5螺紋孔加工與已加工φ30H7主閥孔的同軸度在設(shè)計(jì)要求范圍內(nèi)，對該工序車床專用夾具進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，首先考慮要減小定位誤差，再考慮夾緊可靠，拆裝方便的夾具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，經(jīng)過綜合比對幾種夾具方案，最終采用長圓柱銷（或稱長心軸）定位的方式，重新設(shè)計(jì)后的車床專用夾具如圖4所示。

該夾具結(jié)構(gòu)有以下優(yōu)點(diǎn)。

（1）夾具定位誤差小且定位可靠。采用長圓柱銷（或稱長心軸）定位，并直接與φ30H7（定位面）主閥孔配合定位，圓柱銷前端采用彈性脹緊來消除銷和孔定位的配合間隙。

（2）夾具結(jié)構(gòu)簡單，同軸性能好。為降低專用夾具與車床安裝誤差，專用夾具通過安裝部分采用莫氏錐度與車床主軸孔直接聯(lián)接，使夾具的軸心線與車床軸心線同軸，而且夾具組件成對稱分布，無須專用設(shè)置的平衡塊，保證夾具的定位精度，同時(shí)也保證了閥體加工尺寸與已加工尺寸的同軸精度。

（3）夾具夾緊機(jī)構(gòu)方便可靠。對閥體采用了內(nèi)六角外錐直接脹緊機(jī)構(gòu)，閥體拆裝方便可靠。為保證閥體相對φ30×70的心軸支撐夾具配置了輔助螺釘進(jìn)行支撐。

2.3 鉆床夾具的設(shè)計(jì)改進(jìn)

圖4 閥體M33×1.5螺孔車床夾具

為保證閥體2－φ15 H9深1.80

－0.05mm 沉孔尺寸加工精度在設(shè)計(jì)要求范圍內(nèi)，對該工序鉆床專用夾具進(jìn)行重新設(shè)計(jì)。依據(jù)工藝編制和夾具設(shè)計(jì)的基準(zhǔn)統(tǒng)一原則，消除因定位基準(zhǔn)選擇錯(cuò)誤所產(chǎn)生的定位誤差［6］。在對鉆床專用夾具進(jìn)行重新設(shè)計(jì)的過程中，選擇以設(shè)計(jì)基準(zhǔn)B面為定位基準(zhǔn)，將底面A作為浮動(dòng)夾緊面進(jìn)行使用，兩個(gè)側(cè)定位面不變，這樣锪鉆沉孔的定位基準(zhǔn)與設(shè)計(jì)重合，符合工藝編制和夾具設(shè)計(jì)的基準(zhǔn)統(tǒng)一原則，使得閥體加工時(shí)沉孔的深度得到了有效的控制。

改進(jìn)后重新設(shè)計(jì)的鉆床專用夾具如圖5所示。該夾具結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)如下。

（1）夾具定位誤差小且定位可靠。夾緊重新設(shè)計(jì)糾正了原工藝及夾具定位設(shè)計(jì)的不足，以基準(zhǔn)統(tǒng)一原則保證了定位基準(zhǔn)的正確性［7］。保證了工序2－φ15 H9深1.80－0.05mm兩個(gè)沉孔尺寸的加工精度，達(dá)到閥體設(shè)計(jì)要求。

（2）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有所創(chuàng)新。工件在夾具中正確定位的實(shí)現(xiàn)應(yīng)具備兩個(gè)基本條件：工件上正確定位基準(zhǔn)的選擇與選擇合適的定位元件［8］。采取了以設(shè)計(jì)基準(zhǔn)B面為定位基準(zhǔn)上定位方式，下面采用上旋緊的夾緊機(jī)構(gòu)，改變了傳統(tǒng)的朝下夾緊機(jī)構(gòu)。此種特殊的定位與夾緊方式也可在銑床夾具設(shè)計(jì)中推廣，使銑床也可完成一些特殊的加工表面。

1.鉆具體2.壓緊螺釘3.浮動(dòng)壓塊4.定位條5.鉆模板6.鉆套7.定位銷8.滾花輔助壓緊釘9.閥體（工件）

3 結(jié)束語

針對企業(yè)在液控閥閥體試制過程中存在的兩組加工尺寸的質(zhì)量不穩(wěn)定問題，本文通過對閥體生產(chǎn)流程的現(xiàn)場跟蹤調(diào)研，并對一系列問題進(jìn)行認(rèn)真地分析研究，在找出問題的結(jié)癥的同時(shí)向企業(yè)提出改進(jìn)意見和工藝方案，并對兩套設(shè)備專用夾具進(jìn)行了重新設(shè)計(jì)。改進(jìn)后的工藝方案和重新設(shè)計(jì)的專用夾具，在企業(yè)連續(xù)兩年的生產(chǎn)過程和使用中，閥體兩組工序加工尺寸的加工精度都能達(dá)到設(shè)計(jì)要求，閥體的加工合格率能達(dá)到行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的97.6%，組裝后整體性能合格率由原來的85%提高到95%；提高了企業(yè)產(chǎn)品的合格率，并為企業(yè)帶來較好的經(jīng)濟(jì)效益和產(chǎn)品品牌聲譽(yù)。