提高（gāo）應變梁加工合格率
2020-3-9 來源： 武漢船用電力推進裝置研究（jiū）所 作者：丁立芳（fāng），王禹健，欒遠（yuǎn）超
摘 要： 本（běn）文分（fèn）析了應變梁因平麵度（dù）超差而出（chū）現的質（zhì）量問（wèn）題，通過刀具、加（jiā）工參數等方麵改進來（lái）提高其（qí）加工（gōng）質量（liàng）。
關鍵詞：平麵度 刀具（jù） 加工參（cān）數
0 引（yǐn）言
蓄（xù）電池作為船舶航行的動力電源時，蓄電池監測係統可以實時監（jiān）控蓄電池的性能，對船舶的續航能力至關重要。應變梁作為蓄電（diàn）池監測係統的（de）一個重要零件（jiàn），其加工（gōng）質量的好壞直接影響到該監測係統（tǒng）測量的準（zhǔn）確性（xìng）。
應（yīng）變梁采用 0.5 mm 厚 TC1 鈦合金板加工而成，鈦合金板雖（suī）然具有強度高密度小、機械性能好、韌性和抗蝕性能好等優點[1]，但鈦（tài）合（hé）金的可加工性差（chà），切（qiē）削加工困難，加工易變形。我公司生產的應變梁合格率僅為 64.7%，已成為製約產品質量和（hé）交貨進度的瓶頸，圖 1 為應變梁的結構及（jí）實物圖。
圖1 應變梁的結構及實物圖（tú）
1 、原因分析
應變（biàn）梁（liáng）的（de）加工過程主要由下料、線切割、鉗、數控銑、篩選等（děng）五大工序組成，圖 2 為應變梁的加工工藝流程圖。
圖 2 應變梁（liáng）的加工工藝流程圖
在加工完成後，要對應變梁的尺寸、表（biǎo）麵粗糙度、平麵（miàn）度進行（háng）篩選，以判斷應變梁是否滿足要求，如果尺寸、表麵粗糙（cāo）度及平麵度等參數均滿足要求，則應變梁合格。
我們對生產的（de）不合格的 406 件應變梁進行了調查，並對其進行了分類統計，共有三類：平麵度超差、尺寸（cùn）超差和表麵粗糙度超（chāo）差，統計結果如表所示。
圖3 不合格分（fèn）類餅分圖
通過（guò）餅分圖（tú）可以看（kàn）出，平麵度超差的應變梁數量最多，占不合格總數的 91.4%，遠遠高（gāo）於其他兩類應變梁。因此，平麵度超差（chà）是（shì）應變梁（liáng）不合格的問題所在，如果能解決此問題，則應變梁合（hé）格率可大幅提高。
通過（guò）調查研究發現,應（yīng）變梁平麵度超（chāo）差是由（yóu）於切（qiē）削加工的殘餘應力引起的變形,對應變梁的加工過程進行分析,殘餘應（yīng）力主（zhǔ）要是在銑（xǐ）削加工過程產生的,其餘基本可以忽略，因此我們對應變梁的銑削加工過程中采用的刀具和切削參數進行（háng）分析。
1.1 現（xiàn）場試驗不同材質刀具對平麵度的影（yǐng）響
1）查工藝文件：工藝文件中沒有明確規定使用何種刀具；
2）加工現場實際使用的刀具：硬質（zhì）合金刀具；
3）查閱資料，刀具材質對鈦合金的加工變形有較大影（yǐng）響，進行工藝試驗：
首（shǒu）先使用硬質合金刀（dāo）具加（jiā）工 50 件應變梁，然後在其他條件都不變的情況下，改變刀具（jù）材料，換成工（gōng）具鋼刀具，同樣加工 50 件應變梁，然後測量並記錄平（píng）麵度達標的應變梁數量，結果（guǒ）如下（xià）表。可以看出，在改變（biàn）刀具材料後，應變梁的變形減（jiǎn）小，平麵度達標的應變梁數量增加了 12.9%,平麵（miàn）度超差問題得到一定程度解決（jué），表明刀具材質對問題症結影響程度較大（dà）。
1.2 現場試（shì）驗不同切削參數對平麵度的影響
為確認切削參數（shù）對應變梁（liáng）切削應力的影響，進行工藝試（shì）驗：
1 ）在常用（yòng）的切削參數（主軸轉速 S=2000r/min，進給量（liàng） F=200 mm/min，背（bèi）吃刀量 ap=0.05mm）下加工 50 件應變梁；
2）在（zài）其他條件都不變的情況下，改變切削參數 （ 主 軸 轉 速 S=1600 r/min ， 進 給 量 F=150mm/min，背吃刀量 ap=0.02 mm），同樣加工 50件應變梁；
3）加工完（wán）成後,測量並記（jì）錄應變梁的平麵度（dù），
結（jié）果如下表。
可以看出，在改變應（yīng）變梁加工過程的切削（xuē）參數（包括（kuò）主軸轉速、進給量、背吃刀量）後，應變梁的變形減小，平麵度誤差降低了 13.6%，平麵度超差問（wèn）題（tí）得到一（yī）定程（chéng）度解決，表明切削參數對問題症結有（yǒu）較大影響。
經過確認，最終（zhōng）確定影響應變梁平麵度超差的主要原因是：刀具選材不（bú）合適，切削參數不合適（包括主軸轉（zhuǎn）速、進給量、背吃刀量）。
2 、分析解決
2.1 通過工藝試驗確定（dìng）合適的刀具
分別使用三種不同的刀具：硬質合金（jīn）刀具、工具鋼刀具、Fraisa 牌（pái） TX 係列（liè）刀具，在（zài）相（xiàng）同的條件下，分別加工 100 件應變梁，加工完成（chéng）後測量並（bìng）記錄應變梁的平麵度誤差，結果（guǒ）如下表。可以看出，三種不同的刀具中，第三組加工出的應（yīng）變梁平麵度誤差均值最小，相比原（yuán）來的硬質合金刀具，平麵度誤差降低（dī）了 13.1%，表明Fraisa 牌（pái） TX 係列刀具加工的效果最好，可以有
效減小變形，改善平麵度超差問題。因（yīn）此將 Fraisa牌 TX 係列（liè）刀具納入應變梁生產（chǎn）操作工藝規程，指導現場生產（chǎn）。
2.2 通過正交試驗確定合適的切削參數（主軸轉速、進給量、背吃刀量）
1）試驗目的和考察指標（biāo）：目的：通過正交（jiāo）試驗法，找出最佳切削參數組合，達到降低應變梁平麵度誤差（chà）、提高加（jiā）工合格率的目的（de）[3]；方法（fǎ）：分別選擇不同的主軸轉速、進給量和背吃刀量對其（qí）驗證。考察指標：應變梁平麵度誤差均值（zhí）。
2）試驗因素：經分析研（yán）究，有三個因素需確定（dìng）最佳條（tiáo）件：
a)主軸轉（zhuǎn）速；b)進給量 c)背吃刀量。
3）選位級（jí）、製定因素位級表：根（gēn）據工藝分析和具體實際情況，每個因素可選三個位級較為合適：a)主軸轉速 S（r/min）：A1=2000；A2=1600；A3=1200b)進給量 F（mm/min）： B1=200；B2=160；B3=120c)背吃刀量 ap（mm）：C1=0.08；C2=0.05；C3=0.02
4）設計試驗（yàn）方案：選用 L9（34）正交（jiāo）表安排試驗，每組試驗加工 50 件應變梁，加工（gōng）完（wán）成後測量並記錄應變梁平麵度，結果如表 4。
5)試驗結果分析：
a)各因素對結果（guǒ）影響的重（chóng）要程度極差 R 最大者，就是對結（jié）果影響程度最大，R 最小則影響程度最小。因此，影響應變梁（liáng）平麵度的因素重要程（chéng）度次序是 A、B、C。b)直接看從試驗表中可以看到，第 5 號的（de）應變梁平麵度誤差（chà）均（jun1）值最低，試驗結果最好，其切削參數（shù）組合為：A2 B2 C2。c)算一算從位級之和（hé）可以看（kàn）出（chū），降（jiàng）低應變梁平麵（miàn）度誤差最佳的切削參數組合應是：A2 B2 C2 趨勢圖如（rú）圖4。
d)綜合評定“直接看”與“算一算”結果一致，表明最佳切削參數是（shì） A2 B2 C2 。
圖4 應變梁平麵度均值
5）確定工藝參（cān）數（shù）組合
把 A2 B2 C2（主軸轉速：1600 r/min；進給量：160 mm/ min；背吃（chī）刀量 ap：0.05 mm）的工藝組合（hé）納入應變梁生產工藝守則，指導現場生（shēng）產。采用改進後的工藝方（fāng）法加工 590 件應變（biàn）梁，合格率統（tǒng）計如表 6 所示（shì），應變梁合格率達到了91.2%。
3 、結論（lùn）
通過對刀具、加工參數等方麵的改進，提高了（le）應變梁的加工質量，降低了生產（chǎn）成本，同（tóng）時為同類產品的加工提供了借鑒。
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