降低電動工具鋁件加工報廢率的方法探討

郭愛成，朱賢波

（ 銳奇控股股份有限公司，上海 201612 ）

0 引言

鋁合金因其流動性好、易成型且適合鑄造成各種復(fù)雜外形的零件，被電動工具制造商廣泛使用。電動工具整機(jī)產(chǎn)品中，齒輪箱、前蓋、中間蓋、底座等關(guān)鍵零部件均采用鋁合金材料壓鑄制成。鋁件的加工質(zhì)量直接影響電動工具整機(jī)的精度、性能和壽命，通過技術(shù)改進(jìn)、設(shè)備更新以及夾具、刀具的優(yōu)化選擇是提高鋁件加工質(zhì)量水平的有效途徑。其中，合理選擇鋁件標(biāo)準(zhǔn)樣品，對機(jī)床加工余量適當(dāng)控制和夾具調(diào)整等手段具有代表性。本文以此為內(nèi)容，結(jié)合實(shí)際操作方法進(jìn)行探討。

1 概述

電動工具用壓鑄成型鋁合金件一般為薄壁大件，多為一出一壓鑄模壓鑄而成，由于零件外形大且形狀復(fù)雜，受鑄造模具和工藝影響，相同模具生產(chǎn)的零件也可產(chǎn)生不同程度的變形。經(jīng)打磨、去毛刺、噴涂、運(yùn)輸?shù)裙ば蚝?，其變形程度或可增加?/p>

壓鑄成型為精密鑄造成型，為確保加工面光潔無砂眼，一般壓鑄模具設(shè)計壓鑄鋁件加工余量小于0.5mm。鋁件變形往往導(dǎo)致加工不良和加工過度或殘余黑皮現(xiàn)象。通過合理選擇標(biāo)準(zhǔn)樣品，對夾具進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，可最大限度提高鋁件加工質(zhì)量和合格率。本文所述的標(biāo)準(zhǔn)樣品為一批或連續(xù)批的壓鑄成型鋁合金件，其中一個或幾個零部件涉及的特征定位尺寸，處在一批或者連續(xù)批的中間值。

2 現(xiàn)狀分析

2.1 存在加工問題

鋁件加工中存在問題如下：

1）夾具設(shè)計第一定位基準(zhǔn)面不合理，未充分考慮鋁件變形影響，定位基準(zhǔn)無法調(diào)整，所有鋁件都被要求適合于該夾具，即使某些鋁件變形在合理的范圍也被加工成不合格品；

2）夾具設(shè)計考慮到鋁件變形，個別定位基準(zhǔn)面可調(diào)整，隨機(jī)取樣對夾具進(jìn)行適當(dāng)?shù)倪M(jìn)給量調(diào)整，可保證一個或多個鋁件滿足質(zhì)量要求，但批量加工時產(chǎn)生黑皮、過度加工等不良現(xiàn)象（過度加工及加工偏深易產(chǎn)生砂眼）；

3）缺乏對鋁件毛坯的認(rèn)真分析，夾具設(shè)計不合理，鋁件定位面不合理，選擇的定位面在鑄造成型及后續(xù)生產(chǎn)運(yùn)輸過程中易變形，加工后報廢率高，普遍存在黑皮和過度加工現(xiàn)象。

2.2 鋁件變形原因

1）鑄造模具結(jié)構(gòu)、進(jìn)澆口、排氣孔、頂出杠等設(shè)計不合理；

2）鑄造工藝參數(shù)設(shè)定不合理，如保壓時間設(shè)置短、機(jī)臺選擇噸位小等；

3）去除澆口、打磨、去毛刺、擺放、包裝等后道工序不合理；

4）噴涂時，高溫時效性差、噴涂供應(yīng)商選用不合理的掛置方法；

5）高溫噴涂和運(yùn)輸失當(dāng)。

3 方案提出

首先，夾具設(shè)計時應(yīng)考慮到鋁件外形尺寸和變形影響，設(shè)計可調(diào)整定位的夾具，通過適當(dāng)調(diào)整以減少鋁件變形導(dǎo)致的加工報廢。另外，應(yīng)仔細(xì)分析鋁件變形的具體原因，從模具、鑄造以及鑄造后道處理、噴涂等各個環(huán)節(jié)做好質(zhì)量管控，使鋁件的變形量控制在最小范圍內(nèi)。若上述方案均無法得到有效解決，應(yīng)設(shè)計專用檢具對鋁件的關(guān)鍵定位面實(shí)施全檢。本文討論的方案是在鋁件變形已被控制在合理范圍，通過數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，選擇標(biāo)準(zhǔn)樣品的方法。

3.1 標(biāo)準(zhǔn)樣品范圍

批量生產(chǎn)的一批鋁件中，樣品變形是客觀存在的。變形樣品遵循正態(tài)分布原則，部分樣品的變形特征尺寸接近于同組樣品平均值，初次裝夾調(diào)試加工時，可選擇這部分樣品為基準(zhǔn)對夾具進(jìn)行調(diào)整，借以實(shí)現(xiàn)左右兼顧。在變形量受控條件下，使鋁件加工報廢率降至最低。

3.2 標(biāo)準(zhǔn)樣品選擇

在批量進(jìn)貨鋁件中，抽取不少于50個樣品；

1）在第一道定位工裝上試裝夾，通過與裝夾的定位柱摩擦，找到定位點(diǎn)，在定位點(diǎn)上標(biāo)記；

2）翻轉(zhuǎn)基準(zhǔn)，將鋁件翻轉(zhuǎn)180°，通過輔助定位裝置，測量裝夾點(diǎn)高度（相對值，便于數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析）；

3）對取得的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析，確定數(shù)據(jù)特征值最接近于平均值的樣品，即為標(biāo)準(zhǔn)樣品；

4）以標(biāo)準(zhǔn)樣品為基準(zhǔn)，調(diào)整機(jī)床夾具定位柱，測量第一加工面特征尺寸，使第一加工面特征值控制在最小值，目標(biāo)接近于零。該項可視制造商鋁件質(zhì)量水平、夾具設(shè)計工藝水平和機(jī)床加工能力而調(diào)整；

5）批量加工。

標(biāo)準(zhǔn)樣品并非一成不變，僅是一批特定生產(chǎn)條件下的產(chǎn)物，當(dāng)條件發(fā)生變化時，如：鋁件首次開始批量生產(chǎn)、加工報廢率明顯上升或供應(yīng)商的生產(chǎn)模具、工藝出現(xiàn)重大變更時，均應(yīng)及時更新標(biāo)準(zhǔn)樣品。

經(jīng)實(shí)況分析比對，發(fā)現(xiàn)正確使用標(biāo)準(zhǔn)樣品加工，可以使結(jié)構(gòu)復(fù)雜、外形較大的鋁件加工報廢率降低至0.5%及以下，企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益明顯提高。

4 案例分析

以銳奇公司圓鋸產(chǎn)品采用的齒輪箱為例，參考說明標(biāo)準(zhǔn)樣品選擇和夾具調(diào)整全過程。

該鋁件在未實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)樣品調(diào)試加工之前，加工報廢率長期居于6%～7%，不良現(xiàn)象表現(xiàn)為齒輪箱與底板連接孔處黑皮、與機(jī)殼配合面黑皮。使用標(biāo)準(zhǔn)樣品調(diào)試夾具加工后，加工報廢率基本維持在0.5%左右，呈現(xiàn)大幅降低態(tài)勢。具體按以下步驟實(shí)施：

抽取50個齒輪箱，以數(shù)字按序編號。通過與裝夾的定位柱輕度摩擦，找到定位點(diǎn)并做標(biāo)記。為便于批量測量，實(shí)際操作時，設(shè)計制作了模擬齒輪箱裝夾的輔助檢具，將樣品在輔助檢具上輕度摩擦即能找到定位點(diǎn)，齒輪箱裝夾與夾具達(dá)到相同目的，見圖1。圖1中，摩擦后的4個定位點(diǎn)分別標(biāo)記為A，B，C，D；

圖1 齒輪箱

將齒輪箱翻轉(zhuǎn)180°后，通過輔助定位夾具，測量裝夾點(diǎn)高度，見圖2。高度尺測量環(huán)規(guī)上表面至4個定位點(diǎn)的高度數(shù)據(jù)記錄見表1。

圖2 齒輪箱基準(zhǔn)面

表1 數(shù)據(jù)匯總 (單位：mm)

樣品編號 A點(diǎn) B點(diǎn) C點(diǎn) D點(diǎn)5 42.17 52.77 33.35 68.33 6 42.17 52.86 33.53 68.41 7 42.18 52.78 33.36 68.28 8 42.13 52.83 33.38 68.32 9 42.14 52.75 33.36 68.44 10 42.16 52.98 33.54 68.47 11 42.10 52.83 33.45 68.26 12 42.17 52.88 33.42 68.30 13 42.18 52.73 33.44 68.27 14 42.05 52.89 33.42 68.27 15 42.12 52.80 33.47 68.33 16 42.13 52.77 33.48 68.36 17 42.19 52.75 33.52 68.44 18 42.16 52.89 33.43 68.40 19 42.11 52.88 33.48 68.25 20 42.19 52.73 33.29 68.37 21 42.19 52.78 33.35 68.36 22 42.09 52.80 33.40 68.31 23 42.20 52.84 33.41 68.44 24 42.14 52.86 33.48 68.37 25 42.08 52.83 33.40 68.24 26 42.13 52.80 33.56 68.45 27 42.09 52.94 33.37 68.37 28 42.06 52.87 33.35 68.22 29 42.01 52.97 33.43 68.12 30 42.08 52.86 33.27 68.30 31 42.12 52.77 33.27 68.30 32 42.14 52.84 33.42 68.37 33 42.12 52.74 33.29 68.25 34 42.14 52.84 33.42 68.37 35 42.08 52.86 33.35 68.25 36 42.10 52.90 33.41 68.18 37 42.02 52.81 33.34 68.18 38 42.08 52.85 33.41 68.19 39 42.10 52.64 33.30 68.31 40 42.05 52.80 33.31 68.24 41 42.05 52.95 33.46 68.21 42 42.09 52.83 33.40 68.39 43 42.13 52.87 33.35 68.17 44 42.05 52.88 33.35 68.22 45 42.10 52.90 33.47 68.40 46 42.11 52.85 33.31 68.32 47 42.00 52.86 33.40 68.23 48 42.09 52.80 33.32 68.25

樣品編號 A點(diǎn) B點(diǎn) C點(diǎn) D點(diǎn)49 41.98 53.04 33.57 68.11 50 42.09 52.91 33.35 68.27平均值 42.11 52.84 33.40 68.31 σ 0.05403 0.074037 0.076481 0.088594 MAX 42.2 53.04 33.57 68.47 MIN 41.98 52.64 33.27 68.11 R 0.22 0.40 0.30 0.36

從測定數(shù)據(jù)可見，A點(diǎn)最大差值為0.22mm，B點(diǎn)最大差值為0.40mm，C點(diǎn)最大差值為0.30mm，D點(diǎn)最大差值為0.36mm。若不加選擇隨機(jī)抽取一個樣品對機(jī)器裝夾的四根立柱高度進(jìn)行調(diào)整，必定導(dǎo)致加工后的產(chǎn)品不合格比例較高，甚至可達(dá)10%～20%。對于鋁件，一般毛坯設(shè)計精加工余量為0.5mm及以下，圖3中齒輪箱關(guān)聯(lián)尺寸要求公差僅為0.1mm，可見其技術(shù)要求較高。

圖3 齒輪箱設(shè)計

以平均值為基準(zhǔn)，±0.02mm為公差范圍對50個樣品進(jìn)行篩選，選定標(biāo)準(zhǔn)樣品為序號8。將8號樣品置于模擬檢具，如圖4所示，在待加工面上基本等份選擇6個點(diǎn)，按序標(biāo)記，測定其高度差。通過反復(fù)調(diào)整A、B、C、D四根立柱的高度，使6點(diǎn)平面度在0.03mm內(nèi)。調(diào)整立柱高度時，應(yīng)注意確保齒輪箱與模擬檢具四點(diǎn)接觸。

圖4 高度差

以調(diào)整后的模擬檢具為標(biāo)準(zhǔn)，要求供應(yīng)商對毛坯進(jìn)行整形，供貨品必須限制在±0.2mm以內(nèi)，以保證毛坯變形控制在最小范圍內(nèi)，滿足加工要求。

以標(biāo)準(zhǔn)樣品為基準(zhǔn)，對機(jī)床夾具定位柱進(jìn)行調(diào)整，將第一加工面的特征值控制在最小范疇，接近于零。

將8號樣品裝夾于車床夾具，通過百分表測定圖3中所示的待加工面平面度和軸心同軸度，調(diào)整至0.03mm內(nèi)；試加工期間，可重復(fù)步驟調(diào)整，直至將不合格率嚴(yán)控在0.5%內(nèi)后實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)。

5 結(jié)語

通過轉(zhuǎn)換基準(zhǔn)、選擇標(biāo)準(zhǔn)樣品、調(diào)整夾具的方法顯著降低鋁件加工不良率。標(biāo)準(zhǔn)樣品選擇應(yīng)具有一定的代表性，且樣品一旦選定即納入管理。同時，因鑄造本身存在差異性，鑄造材質(zhì)、環(huán)境溫度，模具差異等變動因素較多，故標(biāo)準(zhǔn)樣品應(yīng)實(shí)施動態(tài)管理。加工不良率浮動上升時，應(yīng)及時調(diào)整和選擇新的標(biāo)準(zhǔn)樣品。