連桿快速定位及加工變形控制技術(shù)方法

楊平，符博峰，楊天鋒，唐豪

陜西柴油機重工有限公司 陜西興平 713105

連桿桿蓋是連桿部件的重要組成部分，與柴油機曲軸相連，負(fù)責(zé)動力傳遞，承受著高強度的交變載荷。中高速柴油機連桿受制于鍛造工藝的要求，部分連桿毛坯由兩部分組成，即桿身和桿蓋，在各自完成去余量、精加工后，通過螺栓聯(lián)接在一起形成連桿部件。桿身的加工沒有特殊要求，普通設(shè)備的加工工藝都能滿足其技術(shù)要求，本文僅研究桿蓋的加工。桿蓋主要加工特征包括：大頭孔、油槽、鎖瓦槽、螺栓孔、哈呋面及其上的定位銷孔、上下端面和斜油孔。油槽是一個位于連桿桿蓋大頭孔的周向局部環(huán)槽，目前桿蓋的上下端面及四周面銑削加工按照劃線找正加工。本文以某型機柴油機連桿大端的桿蓋加工為例，針對其油槽、結(jié)合面加工尺寸超差問題，開展高效裝夾、高質(zhì)量加工方法技術(shù)研究。

桿蓋定位裝夾方式及油槽、哈呋面加工現(xiàn)狀

1.連桿桿蓋加工存在裝夾效率低的問題

目前連桿桿蓋的加工方式：首先，劃線并檢驗毛坯；其次，采用按劃線找正的方式夾緊在立式銑床上分別銑上、下面；第三，按劃線找正壓緊，在鏜床上銑四周面，根據(jù)待加工面數(shù)的多少，需要反復(fù)旋轉(zhuǎn)零件進(jìn)行找正，多次裝夾，重復(fù)定位。通過現(xiàn)場跟進(jìn)，這樣的操作方式，明顯存在加工誤差累積、效率低下及質(zhì)量可靠性差等問題。而且為滿足精度要求，后面需要在臥式加工中心上精修已加工的四周面，消除累積誤差，會嚴(yán)重制約生產(chǎn)效率。

2.油槽、哈呋面加工難點

對于環(huán)形油槽的加工，行業(yè)已具備成熟的加工工藝及設(shè)備要求。使用的刀具為三面刃銑刀，設(shè)備為立式/臥式加工中心。

以某型機連桿的桿蓋加工為例，使用裝夾工裝對桿蓋進(jìn)行定位裝夾，在立式加工中心上使用三面刃銑刀進(jìn)行插補銑削。但對于和螺栓孔相接通的油槽而言，這種方法存在弊端：加工完油槽后，去掉工裝，經(jīng)測量油槽寬度方向尺寸超差（油槽變寬，超出圖樣要求），而且會導(dǎo)致哈呋面不平整（外凸），需要再次加工哈呋面進(jìn)行修正，導(dǎo)致零件有效加工時間增加，造成人力和物力的消耗。

桿蓋目前的這種加工方式不但加工效率極低，而且很難保證零件的加工質(zhì)量要求，單件零件的生產(chǎn)周期較長，嚴(yán)重制約工廠大批量、穩(wěn)定生產(chǎn)的展開。

高效加工關(guān)鍵技術(shù)

1.技術(shù)要求

圖樣要求哈呋面平面度0.02mm，油槽尺寸12mm（自由公差）。

2.問題、難點分析

針對連桿桿蓋無法快速定位問題，需要前期按照劃線加工基準(zhǔn)，存在準(zhǔn)備工作量大、效率低的情況。查閱資料發(fā)現(xiàn)，宋林海[1]利用毛坯外形定位鉆模；閆寧[2]等人研究了工件毛坯件快速定位方法及定位夾具；楊宏彥[3]研究了實現(xiàn)快速定位裝置等，證明可以采用毛坯外形來定位的理念是可行的。

連桿桿蓋為模鍛件，采用批量加工、鍛壓成形，其外形結(jié)構(gòu)受模具型腔的影響，同一模具鍛壓加工出來的毛坯基本一致，而且其加工余量比較大。

桿蓋加工的難點，主要表現(xiàn)在加工后所引起的變形問題。然而導(dǎo)致零件變形的因素多種多樣，陳玲芝[4]認(rèn)為，加工變形包括內(nèi)力作用導(dǎo)致的變形、熱處理過程中產(chǎn)生的變形、彈力變形和塑性變形，針對變形可使用專用工裝減少裝夾變形，或增加零件剛度，防治過大變形。

本文中的連桿桿蓋，通過對變形影響程度的各方面因素進(jìn)行分析和比較，認(rèn)為裝夾應(yīng)力帶來的變形最為突出，文中著重就裝夾應(yīng)力所帶來的變形進(jìn)行研究分析。

3.方案論證

針對連桿桿蓋加工無法快速定位裝夾及加工后出現(xiàn)的變形問題，結(jié)合零件外形結(jié)構(gòu)、加工特征進(jìn)行方案論證。

通過使用三維激光掃描設(shè)備對同一個批次隨機抽樣的連桿桿蓋毛坯進(jìn)行掃描，通過對掃描結(jié)果進(jìn)行分析，判定毛坯一致性較高，驗證了毛坯模鍛成型技術(shù)加工的產(chǎn)品尺寸穩(wěn)定性高。經(jīng)過分析研究，可以使用毛坯外形進(jìn)行定位，基于測量結(jié)果、毛坯外形結(jié)構(gòu)特點等，設(shè)計了一種采用毛坯外形定位的快速定位銑夾具（見圖1）。

圖1 銑夾具

銑夾具設(shè)計思路：采用已加工的一個端面及及毛坯外形圓弧角定位，四周夾緊后，銑另外一個端面、油槽、鎖瓦槽及鋸縫處的兩個工藝銷孔（見圖2）等特征。配合設(shè)計銑鉆夾具（見圖3），使用上一工序已經(jīng)加工的面和工藝孔，采用一面兩銷的定位方式銑四周面及其上的螺栓孔、吊裝孔等特征。后續(xù)，將其在鋸床上鋸斷后，分別進(jìn)行銑哈呋面和鉆定位銷孔工序。

圖2 銑端面2、銑油槽和鉆工藝銷孔

圖3 鉆銑夾具

通過合理的加工工序安排，采取工序調(diào)整及工序整合的方法，將油槽銑削加工安排在桿蓋鋸斷前進(jìn)行加工。同時，在鋸斷前采用一面兩銷定位方式，將桿蓋四周面與螺栓孔一并進(jìn)行加工。

兩種快速定位夾具的使用大大提高了加工效率，并解決了之前的加工變形問題。

調(diào)整后的工序如下：

1）劃線檢驗毛坯（厚度以及外形輪廓）。

2）按劃線銑桿蓋一個非基準(zhǔn)面，加工面如圖4a所示。

3）使用快速定位工裝（銑夾具），銑基準(zhǔn)面、半精鏜大頭孔及加工工藝銷孔，銑油槽。

4）使用快速定位工裝（鉆銑夾具），采用一面兩銷定位方式，通過旋轉(zhuǎn)壓板旋緊螺母后夾緊，銑四周面及面上的孔特征，加工特征如圖4b和圖4c所示。

5）鋸斷后分為桿蓋上和桿蓋下。

6）銑哈呋面、鎖瓦槽和鉆工藝銷孔（見圖4d）。

圖4 連桿桿蓋調(diào)整后的工序

4.效果驗證

按照調(diào)整后的加工工序，結(jié)合改進(jìn)后的裝夾方式，經(jīng)生產(chǎn)驗證，加工效率提升近2倍，零件尺寸檢測合格，鉆孔、銑槽、銑面過程質(zhì)量受控，不需重復(fù)裝夾進(jìn)行特征修正，大大提高了加工效率，滿足生產(chǎn)需求。

結(jié)語

綜上所述，快速定位和控制變形是提高連桿加工效率和產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵，本文為解決此類問題提供了可靠的工藝方案。采用立式加工中心加工孔系及油槽時，工藝人員必須了解油槽結(jié)構(gòu)，判斷其可否在鋸斷前進(jìn)行插補加工，有的油槽在哈呋面直接收尾，沒有過渡圓弧，而鋸縫處尺寸不夠大，需要調(diào)整裝夾壓緊點及壓緊力，在已加工的螺栓孔裝工藝堵頭，保證壓緊處有材料支撐。為防止與工件碰撞，建議利用軟件開展虛擬仿真，進(jìn)行碰撞檢查及刀具路徑優(yōu)化。經(jīng)實際加工和效果驗證，連桿加工方法具有很好的實用性和通用性，可以推廣到類似產(chǎn)品的加工。