一種彎頭管嘴類零件車削加工的工藝優化
2020-12-3 來源：航空工業慶安集團有限公司 作者： 李 濤
摘要： 介紹了某航（háng）空產品120°彎頭管嘴零件的加工工藝及工（gōng）裝設計方案優化過程，重點論述了工藝流程中如何選擇定位（wèi）基（jī）準及夾緊方式，如何通過（guò）正（zhèng）確的基準轉換來確保零件加工質量，提高加工效率，進而形成規範的工藝流程及典型工裝設（shè）計。
關鍵（jiàn）詞：彎頭管嘴；定位夾（jiá）緊；車（chē）削加工；快換係統
長期以來，無工藝附加彎頭管嘴（zuǐ）類零件的加工（gōng）過程中（zhōng），始終存在零件定位不可靠、夾持不緊、跳動（dòng）量超差的問題。本文涉及（jí）的某管嘴（zuǐ）零件如圖 1 所示，依次加工兩（liǎng）油孔相貫錯位量大，形位公差超差（chà）嚴重，零件加工質量差，效率低，嚴重影響（xiǎng）產品生產進度（dù）。
圖1 零件圖樣
圖2 鍛件毛（máo）坯
1、 工藝分析
零件鍛件毛坯見圖 2 所示，鍛件表麵錯移，表麵不 規則，且無工藝（yì）附加，彎頭呈 120°夾角，頸部尺寸短，夾具難以設計可靠的定位、夾緊結構。現（xiàn）場采用自（zì）製夾具加工，經常出現零件尺寸超差，質量不穩定，效率低（dī）等現象，嚴重影響了零件的正常交付。圖 3 為原工藝流（liú）程。
圖3 原工藝流程
1.1 原工序分析（xī）
15、20 工序，使用自製夾具見圖 4。工序基準為零件兩個外圓和其中心線交（jiāo）點（diǎn），工件在夾具上的定位基準選擇與工序基準相同，符合基準重合原（yuán）則的要求（qiú），但零件毛坯為鍛件且缺陷較重，零件兩次裝（zhuāng）夾，定（dìng）位基準選擇與工序基準均無（wú）法保證重合，定位夾緊不可靠（kào），加上自（zì）製夾具沒有經（jīng）過熱處理，使用時間長產生變形，導致粗車的兩端有偏移，不能保證零件（jiàn）兩端軸線在同（tóng）一基（jī）準麵上，120°夾（jiá）角誤差較大，實際（jì）加工的工件表麵形（xíng）位（wèi）誤差不能（néng）滿足後續加工要求。
30、35 工序（xù），使用自製兩爪卡盤裝夾見圖 5，夾緊比較牢（láo）靠，但此夾具兩道精車（chē）工序分別使用 15、20 工序的兩個粗基準進行定位夾緊，理（lǐ）論上粗基準隻能選（xuǎn）用一次，而且自製卡盤兩爪材料未熱處理，長期使用後接觸麵產生（shēng）變形，夾具中心偏移，導致車削時外圓跳動量大，螺紋表麵（miàn）車削不出（chū）來，且難以保證（zhèng）零（líng）件兩端軸線在同一基準麵上，120°夾角誤差（chà）也較大。導致零件兩中心油孔交叉錯位，造成成批量報廢（fèi）、嚴重影（yǐng）響產品交付。
圖（tú）4 自製車外圓夾具
圖5 自製（zhì）兩爪卡盤夾具（jù）
分析工藝方案，找（zhǎo）出造成零件加工（gōng）超差（chà），不穩定的（de）三點原（yuán）因，見（jiàn）表 1，並（bìng）有針對的提出改進措施，保證零件順利加工。
1.2 優化後的工藝流程（chéng）
優化後的工（gōng）藝流程如圖 6 所（suǒ）示，保證零件順利加（jiā）工完成。
表1 方案優化措施表
圖6 優（yōu）化後工藝流程
2 、工藝（yì）及工裝優化過程
通（tōng）常情況（kuàng）下，在機床上加工（gōng）工件時，為（wéi）保證加工精度（dù），首先需要保證工件在夾具上正確定（dìng）位（wèi）、夾緊，使工件在機床上占有正確的位置（zhì）[1]，才能加工（gōng）出合格的零件。為此梳理優化（huà）工（gōng）藝流程，改變原加工（gōng）策略，最終形成工藝及配套工裝如下。
2.1 粗車 Φ16 外圓
15 工序（xù），粗車 Φ16 外圓至 Φ14。夾具設計如圖 7所示，采用了過定位（wèi）原理，用雙 V 型同（tóng）時定（dìng）位，雙麵夾緊的結構（gòu），其中（zhōng）一個活動 V 型塊可以調節（jiē）夾具中心高，彌補鍛件毛胚來源不（bú）規則帶來的中心偏移問題，且材料選為耐磨性好的 Cr WMn，方便磨損後更換。另一（yī）固（gù）定 V 型起輔（fǔ）助定位夾緊作用。在通常情況下（xià），過定位是不能使用的，但（dàn）在某些特定情況下采（cǎi）用過（guò）定位（wèi）方式（shì）能解決工件在機械加工中難以解決的（de）一些問題 , 從而可獲得良好的加工效果（guǒ） , 保證加（jiā）工質量。
圖7 粗車毛坯一端外圓
2.2 粗車 Φ14 外圓
20 工序（xù），粗車 Φ14 外圓至 Φ13。夾（jiá）具（jù）設計如圖 8所示，用零件 15 工序車削外圓 Φ14 定位，120°夾角和（hé）活動 V 型塊（kuài）定向的結構，其（qí）中活動 V 型塊可以（yǐ）調節夾具中心高，彌（mí）補（bǔ）中心偏移問（wèn）題，且材料選為耐磨性（xìng）好（hǎo）的 Cr WMn，方（fāng）便磨損後更換。
圖（tú）8 粗車毛坯另一（yī）端外圓
2.4 精車 Φ10 外（wài）圓
40 工序，精車 Φ10 外圓、鑽中心油路孔，夾具設計如圖 10 所示，用雙 V 型同（tóng）時定位，雙麵夾緊的結構（gòu），其中一個 V 型限製車削零件中心高，側邊 V 型起輔助夾緊作用，定位塊材料選用耐（nài）磨性好的 Cr WMn，保（bǎo）證工件定位準確、夾緊牢固，夾緊部位（wèi）對主軸跳動量應控製在Φ0.03 內，車間使用非常穩定。
圖10 精（jīng）車外圓麵
2.5 精車螺紋
45 工序，精車 M12 螺紋、鑽中心油路孔（kǒng），夾具設計如圖 11 所示，用零（líng）件 40 工序精車外圓 Φ10 作為主定位，零（líng）件 120°夾角定角向位置，15 工序粗車 Φ14 外圓為輔助定位，壓板采用圓弧形式，保證了零（líng）件定位、夾緊可靠。該夾具由主體、配重、定位板（bǎn）、壓板、螺釘、圓柱銷組成。在結構上，定位部分鑲入襯套，材料為黃銅，以免劃傷前道工序外圓表麵，定位板和壓板（bǎn）均選用硬度高、耐磨性好的 Cr WMn 做為製造材料，且定位板用螺釘和圓柱銷連接（jiē）在主體上，以便磨損（sǔn）後更換，夾具裝配時，夾緊部位對主（zhǔ）軸跳動量應控製在 Φ0.03 內。經過本（běn）次工藝改進及工裝優化驗證，在車間加工（gōng）過程中，未發生之前加工的質量問題，零件的尺寸都符（fú）合（hé）設計圖紙要求，滿（mǎn）足了產品的配套交付任務。
圖（tú）11 精車螺紋麵（miàn）
3 、車床（chuáng）夾具的模塊化實現（xiàn）
夾具（jù）模塊化實現（xiàn）過程是（shì）在進（jìn）行各工序需求分析的基礎上，對其夾具（jù）結構形式進行評估，確定模塊（kuài）化（huà）設（shè）計方案，主要包括專用模塊設計、通用模塊（kuài）設計、模塊間組合[2]。首先進行專用模塊的（de）設計，四道工序使用的車削夾具因基（jī）準選擇、定位方式不一樣，對其單獨進行結構設計（jì），車床夾具主體（tǐ）、配（pèi）重塊、壓板等可設計成通用模塊，便於相互間的互換，最後進行各模塊間的組合，形成最終夾具。
而目前（qián）以外圓或（huò）者內孔定位的車削（xuē）工序，粗加工都是用（yòng）三爪卡（kǎ）盤定位裝（zhuāng）夾，三爪的自定心差，每次換（huàn）爪都要重新找正，在半精加工或精加工定位（wèi）一般（bān）采用軟爪定（dìng）位裝夾（jiá），但是軟爪更換，需要重新鏜削軟爪，換裝、找（zhǎo）正、調整時間長，效率低，另外三爪卡盤（pán）裝夾離心力大，無法（fǎ）獲得高轉速。
圖（tú）12 車床夾具快換（huàn）過（guò）程（chéng）
通過瀚柏（bǎi）格夾具快換係統實現車削（xuē）夾具模塊（kuài）間的快速更換（huàn）。如圖 12 所示，車床主軸與法蘭盤（pán）連接，法蘭盤與卡盤（pán）連接，卡盤內預留標準接口實現內（nèi）徑夾持（chí）、外徑夾持（chí）等，重（chóng）複定位精度保證在 0.01 以（yǐ）內，實現各工（gōng）序夾具模塊間的快速更換。經生產車間實際驗證，運用快換係統實現各（gè）工序間的加工能夠滿足工藝要求，做到機外裝（zhuāng）夾工件，機床不停（tíng）機加工，縮短了輔助準備時間，降低了工人勞動強度，提高了零件加工質量和生產效率。
4、結束語
通過對某管嘴零件車削加工的工藝（yì）優化及工裝設計，徹底（dǐ）解決了（le）以往（wǎng）該零件加（jiā）工多次返工（gōng），成批報廢的問題，車（chē）間生產過程中，零件加工質量穩定，效率明顯提升（shēng），一次合格率達 98 ﹪，為後續類似零件的加工提供了重要的參考依據。
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