閥體加工工藝的改進(jìn)

■沈陽(yáng)機(jī)床股份有限公司 （遼寧沈陽(yáng) 110142） 田立明

■沈陽(yáng)鼓風(fēng)機(jī)集團(tuán)股份有限公司 （遼寧沈陽(yáng) 110869） 陳永鋒

閥體是閥門(mén)機(jī)械產(chǎn)品的主要零部件，一般起到承受介質(zhì)壓力的作用。閥體零件結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，其毛坯一般通過(guò)鑄造形成，材料一般為鑄鐵和鑄鋼，少數(shù)為不銹鋼材質(zhì)。本文所介紹的某公司閥體材質(zhì)是鑄鐵，通過(guò)介紹閥體在立式加工中心上的加工工序及夾具，引出在實(shí)際加工中出現(xiàn)的閥體上的孔相對(duì)于中心基準(zhǔn)位置度超差的問(wèn)題，為了彌補(bǔ)V形塊產(chǎn)生定位誤差的缺陷，通過(guò)調(diào)整工藝路線來(lái)巧妙地解決這個(gè)問(wèn)題。

1. 閥體原始工藝路線

圖1所示為某公司閥體零件，材料為H T250。加工技術(shù)要求為：①鑄件應(yīng)符合GB/T 12229—2005的規(guī)定。②鑄件須經(jīng)退火處理。③未注鑄造圓角R 3 ～R5mm。④未注公差的加工尺寸按GB/T 1804—2000規(guī)定的H14（h14）js15。⑤閥座堆E410，回火后硬度33～38HRC，加工后厚度≥2mm。⑥鑄字按50J41H-160-01a/A。

圖1中φ88H7、φ110H7孔、φ205h8和φ215h8外圓的精度比較高，是該零件的重要尺寸。該公司采用一臺(tái)臥式車床、一臺(tái)立式車床和一臺(tái)立式加工中心（配第四軸轉(zhuǎn)臺(tái)及圓盤(pán)尾座）進(jìn)行加工。

零件機(jī)加工工藝路線為：用臥式車床分別粗、精車φ215mm外圓及端面→粗、精鏜φ88H7內(nèi)孔→調(diào)頭粗、精車φ215mm外圓及端面→粗、精鏜φ88H7內(nèi)孔。

換立式車床粗、 精車φ 205h8外圓及端面→粗、精鏜φ110H7孔→粗、精車φ53mm孔上端面→鏜φ53mm孔和φ50mm孔。

換立式加工中心，轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)至90°鉆φ215mm外圓端面上的φ25mm孔，留余量→鏜φ25mm孔→轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)至0°鉆φ 205mm外圓端面上的φ 22mm孔，留余量→鏜φ 22mm孔→轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)至－90°鉆φ215mm外圓端面上的φ25mm孔，留余量→鏜φ25mm孔。

2. 立式加工中心夾具方案

立式加工中心機(jī)床上主要加工3個(gè)外圓端面上的孔。為了提高加工效率，機(jī)床配置第四軸轉(zhuǎn)臺(tái)及圓盤(pán)尾座，這樣就可以實(shí)現(xiàn)一次裝夾完成孔的加工。定位基準(zhǔn)選擇φ215mm的外圓中心，用V形塊定位外圓面限制工件4個(gè)自由度；另外一個(gè)定位基準(zhǔn)選擇φ205mm外圓中心，也是用V形塊定位外圓面限制工件2個(gè)自由度。這樣工件的6個(gè)自由度就全都被限制了。夾具如圖2所示，夾具的壓緊點(diǎn)選在外圓面上。

圖1 閥體零件

圖2 夾具

3. 加工誤差原因分析

用圖2所示夾具在配有第四軸轉(zhuǎn)臺(tái)及尾座的立式加工中心上加工，加工完成后檢測(cè)，出現(xiàn)孔的位置度超差問(wèn)題。此前加工中心通過(guò)了GB/T 20957.7—2007標(biāo)準(zhǔn)試料驗(yàn)收要求，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)試料的精度來(lái)看，零件圖上孔的位置度可達(dá)到要求。分析認(rèn)為，問(wèn)題可能出在夾具上。夾具定位誤差分為基準(zhǔn)移動(dòng)誤差和基準(zhǔn)不重合誤差。分析閥體原始加工工藝路線可知，車削φ 215m m外圓及φ 88mm內(nèi)孔的基準(zhǔn)是采用互為基準(zhǔn)原則加工，都是以外圓中心為基準(zhǔn)，車削φ 205h8采用特殊夾具，也是以外圓中心為基準(zhǔn)。在立式加工中心上也是圍繞著外圓中心為基準(zhǔn)進(jìn)行加工，根據(jù)圖樣分析來(lái)看，由于設(shè)計(jì)基準(zhǔn)與定位基準(zhǔn)始終是重合的，所以不存在基準(zhǔn)不重合誤差。立式加工中心上的夾具定位元件為V形塊，V形塊定位通常會(huì)有基準(zhǔn)移動(dòng)誤差，計(jì)算公式為Δ Y＝δd/[2sin（α/2）]，其中ΔY為基準(zhǔn)移動(dòng)誤差（見(jiàn)圖3），δd為工件外圓直徑公差，α 為V形塊兩個(gè)限位面的夾角。

本文所選V 形塊夾角為90 ° ， 外圓直徑公差為0.072mm，可得出基準(zhǔn)移動(dòng)誤差為0.051mm，而圖樣上要求的位置度公差值為0.05mm，顯而易見(jiàn)定位誤差已經(jīng)超過(guò)位置度公差，這是不能滿足加工要求的。由此可以判斷，位置度超差與V形塊定位誤差有關(guān)。

圖3 基準(zhǔn)移動(dòng)誤差示意

4. 解決方案

位置度和垂直度超差的原因已經(jīng)找到，此時(shí)有3種解決方案。

1）方案1：更改夾具定位元件。3個(gè)外圓面采用平面定位方式，這樣可以減少基準(zhǔn)移動(dòng)誤差，但是治標(biāo)不治本，不能很好地解決位置度超差問(wèn)題。

2）方案2：增加工序，將φ205h8、φ215h8外圓直徑精車至φ205h6、φ215h6，可將基準(zhǔn)移動(dòng)誤差降至0.02mm，這樣可以對(duì)位置度誤差影響大大減小，和方案1比起來(lái)要好一些。缺點(diǎn)是對(duì)車床加工精度要求高一些，不僅降低了加工效率，增加了制造成本，而且從量產(chǎn)的角度看，很難保證這個(gè)精度。

3）方案3：更改閥體整體工藝路線。圖樣上的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)都是內(nèi)孔中心，在立式加工中心工序鉆孔前增加精鏜內(nèi)孔工序，用來(lái)重新校正因V形塊定位造成的基準(zhǔn)移動(dòng)誤差，同時(shí)取消所有車床上精鏜內(nèi)孔的工序。這樣原來(lái)的工藝路線就變?yōu)椋河门P式車床先分別粗、精車φ215mm外圓及端面→粗、精鏜φ88H7內(nèi)孔→調(diào)頭粗、精車φ215mm外圓及端面→粗鏜φ88H7內(nèi)孔。

換立式車床粗、精車φ205h8外圓及端面→粗鏜φ110H7孔→粗車φ 53mm 孔上端面→鏜φ53mm孔和φ50mm孔。

換立式加工中心，轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)至90°精鏜φ 88H7內(nèi)孔→鉆φ215mm外圓端面上的φ25mm孔留余量→鏜φ 25mm孔→轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)至0°精鏜φ110H7孔→精銑φ53mm孔上端面→鉆φ205mm外圓端面上的φ 22mm 孔留余量→鏜φ 22mm 孔→轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)至－90°精鏜φ 88H7內(nèi)孔→鉆φ215mm外圓端面上的φ25mm孔留余量→鏜φ25mm孔。

這樣就可以將基準(zhǔn)移動(dòng)誤差的影響降低至零。位置度和垂直度全都靠機(jī)床的精度保證。減少2把精車內(nèi)孔的車刀，增加了2把鏜刀和1把立銑刀，所增加的刀具成本能夠接受，生產(chǎn)效率幾乎沒(méi)什么變化，不影響產(chǎn)能，是一個(gè)可行的方案。

最終決定選用方案3來(lái)解決孔位置度超差問(wèn)題。

5. 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，可知用V形塊定位是有誤差的，因此在精加工過(guò)程中重新校正了定位基準(zhǔn)，調(diào)整了相關(guān)工序，解決了因V形塊定位誤差而造成孔位置度超差的問(wèn)題。此前我們始終被車床外圓和內(nèi)孔是一個(gè)基準(zhǔn)這一誤區(qū)所困擾，忽視了卡盤(pán)定位與V形塊定位的不同，導(dǎo)致閥體工藝路線安排出現(xiàn)了不足。文中采取的解決方案，為今后精加工用V形塊定位工況提供了可借鑒的經(jīng)驗(yàn)。

專家點(diǎn)評(píng)

作者的加工思路比較靈活，定位方法清晰明確，沒(méi)有被外圓和內(nèi)孔是一個(gè)基準(zhǔn)的誤區(qū)所困擾，準(zhǔn)確判斷法蘭孔位置度超差與V形塊定位誤差有關(guān)，并通過(guò)調(diào)整工藝路線巧妙解決了問(wèn)題，為今后遇到V形塊定位工況時(shí)提供了經(jīng)驗(yàn)。