接頭零件工藝方案的優(yōu)化與改進(jìn)

歐陽(yáng)阿寧，石鑫，熊洪源，萬(wàn)建平，敖曉暉，蘇校峰，王忠建

南昌新寶路航空科技有限公司 江西南昌 330024

1 序言

某接頭零件6個(gè)面均需加工，槽口有一定的尺寸精度要求，材料去除量較大。其初始工藝方案主要采用線切割+普通銑削+磨削的加工模式，其中90%的工作內(nèi)容集中在線切割和磨削上，線切割主要加工出零件外形，磨削保證最后的尺寸精度。實(shí)際生產(chǎn)中，線切割加工耗時(shí)較長(zhǎng)，磨削工作量也極大，零件的加工效率極低，不適合批量加工。現(xiàn)對(duì)該接頭零件的工藝方案進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，提出兩種方案，并進(jìn)行對(duì)比論證，從而找出適合批量加工的工藝方案[1，2]。

2 零件結(jié)構(gòu)

圖1為接頭零件結(jié)構(gòu)，材料為30CrMnSiA高強(qiáng)度合金鋼，熱處理后抗拉強(qiáng)度σb＝（1175±100）MPa，多用于飛機(jī)、導(dǎo)彈上的主要受力零部件。從結(jié)構(gòu)上看，接頭零件的前、后、左、右、上和下各面（以A～F表示）均有一定的加工內(nèi)容，需要多工位反復(fù)加工。另外，該零件尺寸精度等級(jí)最高為IT8級(jí)。

圖1 接頭零件結(jié)構(gòu)

3 工藝難點(diǎn)分析

1）由于受來(lái)料自由鍛毛坯尺寸限制，實(shí)際工藝編排中，并沒(méi)有多余的區(qū)域設(shè)置工藝孔及裝夾孔，也沒(méi)有足夠的區(qū)域放置壓板，故初始工藝方案采用虎鉗進(jìn)行定位、裝夾，以滿足加工需求。在實(shí)際生產(chǎn)中的確成功加工出了幾批零件，然而在加工過(guò)程中，一直存在輔助裝夾時(shí)間長(zhǎng)，線切割等主要工序加工效率低，在線測(cè)量難度大，極易產(chǎn)生錯(cuò)誤的測(cè)量結(jié)果等問(wèn)題，致使零件批量生產(chǎn)報(bào)廢率高，表面質(zhì)量不好。

2）零件6個(gè)面均有加工要求，通過(guò)多工位虎鉗裝夾加工的方式，勢(shì)必造成定位誤差的累積，導(dǎo)致零件各相關(guān)聯(lián)的尺寸難以保證。通常，想要一次性裝夾零件并加工多個(gè)工位，原則上會(huì)采用五軸數(shù)控機(jī)床，但考慮到公司五軸機(jī)床的產(chǎn)能制約，暫定采用三軸多工位加工方案，在加工過(guò)程中需要反復(fù)進(jìn)行基準(zhǔn)校正，并增加一定的防差錯(cuò)手段（例如增加半精加工程序，加工完畢后根據(jù)實(shí)測(cè)值調(diào)整）。

3）零件毛坯為自由鍛件，是金屬材料通過(guò)沖壓、塑性變形而得到的，材料內(nèi)部存在較大的殘余應(yīng)力[3]。此外，零件粗加工后還要進(jìn)行淬火、時(shí)效處理，此過(guò)程中也會(huì)出現(xiàn)較大變形。為此針對(duì)上述問(wèn)題，進(jìn)行消除變形量的工藝改進(jìn)。

4 工藝改進(jìn)方案一

方案一工藝流程為：加工基準(zhǔn)面→三軸粗、精加工A面→三軸粗、精加工B面→三軸粗加工C面→三軸粗加工D面→三軸粗加工E面→三軸粗加工F面→熱處理→三軸精加工E面→三軸精加工F面→三軸精加工C面→三軸精加工D面→銑削→鉗加工→半成品檢驗(yàn)。

方案一主要采用三軸數(shù)控多工位加工方式，擺脫了初始方案中線切割和磨床的低效加工。考慮到零件加工中途需要進(jìn)行熱處理，一般熱處理后零件或多或少都會(huì)產(chǎn)生一些應(yīng)力變形，因此在工藝安排上需要考慮上述因素對(duì)后續(xù)加工的影響。

綜上，方案一將零件的加工流程大致劃分為：一般尺寸的粗、精加工到位，粗加工精密尺寸部位，熱處理，精加工精密尺寸部位等幾個(gè)主要的加工階段，并合理安排每階段的加工余量和工序內(nèi)容。

方案一存在的主要問(wèn)題為：工藝流程在三軸機(jī)床上共有10個(gè)工位，需要裝夾、校準(zhǔn)10次，人為因素對(duì)零件質(zhì)量的影響比較大，基準(zhǔn)難以統(tǒng)一。為保證加工精度，需要耗費(fèi)大量輔助時(shí)間，加工過(guò)程過(guò)于繁瑣，效率低，零件加工周期較長(zhǎng)。

方案一雖然比初始工藝方案優(yōu)越，但是并沒(méi)有很好地解決接頭零件加工效率低、報(bào)廢風(fēng)險(xiǎn)高及質(zhì)量不穩(wěn)定等問(wèn)題。

5 工藝改進(jìn)方案二

方案二工藝流程為：加工基準(zhǔn)面→三軸粗、精加工A～D面→三軸粗加工E面→三軸粗加工F面→熱處理→三軸精加工E面→三軸精加工F面→三軸精加工C面→三軸精加工D面→銑削→鉗加工→半成品檢驗(yàn)。

在方案一的基礎(chǔ)上，方案二主要設(shè)計(jì)并投入使用一套工裝夾具來(lái)減少裝夾次數(shù)，從而降低人為因素對(duì)零件精度的影響，同時(shí)縮短人工輔助裝夾時(shí)間，以達(dá)到提高零件質(zhì)量和加工效率的目的。通過(guò)分析零件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，將方案一中三軸數(shù)控粗、精加工A～D面的內(nèi)容整合成一道工序，此時(shí)采用一套可以旋轉(zhuǎn)360°的側(cè)裝卡盤，即可實(shí)現(xiàn)一次裝夾加工4個(gè)工位面的目的，而后續(xù)工序則繼續(xù)沿用方案一的工藝流程?？尚D(zhuǎn)卡盤及零件的裝夾如圖2所示。

圖2 可旋轉(zhuǎn)卡盤及零件的裝夾

6 兩種工藝改進(jìn)方案的對(duì)比

兩種工藝改進(jìn)方案加工的零件一次交檢合格率及典型尺寸合格情況對(duì)比見(jiàn)表1。

表1 零件一次交檢合格率及典型尺寸合格情況對(duì)比 （%）

按流水形式作業(yè)，每道工序安排一臺(tái)數(shù)控機(jī)床，兩種方案數(shù)控加工時(shí)間對(duì)比見(jiàn)表2。

表2 數(shù)控加工時(shí)間對(duì)比

試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，方案二的產(chǎn)品合格率和加工精度明顯優(yōu)于方案一，并且節(jié)省了大量的加工輔助時(shí)間，減少了占用機(jī)床數(shù)量。

7 結(jié)束語(yǔ)

實(shí)踐表明，工藝改進(jìn)方案二非常適合接頭類零件的批量加工，可大幅提高產(chǎn)品質(zhì)量和加工效率，零件的典型尺寸得到保證，批量生產(chǎn)合格率基本達(dá)到100%，節(jié)點(diǎn)交付周期明顯縮短，達(dá)到了改進(jìn)目的。該方案同樣可以借鑒應(yīng)用于其他需要多工位、多面加工的零件。