奇瑞汽車股份有限公司 （安徽蕪湖 241009） 梅紹喬

本文所引用的薄壁環(huán)狀偶合環(huán)是某產(chǎn)品中的一個(gè)重要結(jié)構(gòu)件，應(yīng)用數(shù)量多，制造精度要求高，制造難度大。過(guò)去在薄壁環(huán)的機(jī)加工生產(chǎn)中，由于設(shè)備及工藝的落后，使得該類產(chǎn)品加工合格率一直很低。本文通過(guò)改進(jìn)原有制造工藝，采用精密車加工、數(shù)控加工和釬焊技術(shù)，編排工藝流程，利用設(shè)計(jì)的專用工裝夾具，使得該類型結(jié)構(gòu)件的加工難題得以順利解決。

1. 薄壁環(huán)類結(jié)構(gòu)件的工藝特點(diǎn)

該結(jié)構(gòu)件是由四個(gè)內(nèi)導(dǎo)體和薄壁環(huán)通過(guò)釬焊焊接成形，結(jié)構(gòu)形式如圖1所示。

圖 1

薄壁環(huán)材料為黃銅H62 ，四個(gè)內(nèi)導(dǎo)體材料為黃銅H62。技術(shù)要求：薄壁環(huán)內(nèi)孔尺寸為φ13mm環(huán)外圓為φ132.8mm；圓度要求為φ0.02mm，四個(gè)內(nèi)導(dǎo)體相對(duì)內(nèi)孔位置度要求為φ0.03mm，內(nèi)導(dǎo)體間尺寸為（φ131.8±0.03）mm。從技術(shù)要求來(lái)看，該零件的加工難點(diǎn)主要有兩點(diǎn)：一是圓環(huán)內(nèi)孔圓度和孔徑尺寸；二是四個(gè)內(nèi)導(dǎo)體相對(duì)圓環(huán)內(nèi)孔的位置度和內(nèi)導(dǎo)體間距尺寸。因此該零件工藝設(shè)計(jì)的主要問(wèn)題就是解決上述兩項(xiàng)加工難點(diǎn)。

2. 工藝方案分析

根據(jù)該產(chǎn)品結(jié)構(gòu)工藝特點(diǎn)和產(chǎn)品尺寸要求，以往曾制定方案一“直接焊接法”和方案二“單邊留余量加工法”兩種工藝方案進(jìn)行試驗(yàn)加工。方案一是將零件加工到尺寸再焊接，因?yàn)樽冃屋^大，幾乎沒(méi)有合格件。方案二是先將薄壁環(huán)狀零件外圓加工到尺寸要求，焊接后將內(nèi)孔加工到位，這種方法加工出的產(chǎn)品合格率不到50%。

針對(duì)方案二存在的工藝缺陷，又提出了方案三“雙邊留余量加工方法”。工藝流程是先將薄壁環(huán)狀零件內(nèi)外圓分別留有一定的加工余量，然后將四個(gè)內(nèi)導(dǎo)體加工到位，用專用焊接工裝將環(huán)與內(nèi)導(dǎo)體焊接，保證四個(gè)內(nèi)導(dǎo)體的間距。在后續(xù)加工中以四個(gè)內(nèi)導(dǎo)體為加工基準(zhǔn)，分別加工外圓和內(nèi)孔，達(dá)到圖樣尺寸要求。方案三相對(duì)前兩種方案機(jī)加工難度相對(duì)增加，但零件加工尺寸穩(wěn)定，一致性好。通過(guò)薄壁環(huán)內(nèi)外圈留加工余量，加大了環(huán)的壁厚，減少了焊接變形，一般焊接后圓度變形能夠控制在0.05mm范圍以內(nèi)；另外加大壁厚后，通過(guò)孔定位，從而很好地確定了四個(gè)內(nèi)導(dǎo)體的相對(duì)位置；內(nèi)導(dǎo)體高度尺寸一致性好，加工后相對(duì)內(nèi)孔位置度能夠很好的保證。按方案三試加工的產(chǎn)品合格率達(dá)98%。

3. 主要零件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及加工工藝過(guò)程設(shè)計(jì)

圖 2

按照工藝方案三，對(duì)環(huán)狀零件進(jìn)行設(shè)計(jì)（見(jiàn)圖2）。在工藝圖中，分別對(duì)薄壁環(huán)內(nèi)、外都留有一定加工余量，將環(huán)壁厚增加到10mm。加工工藝過(guò)程為：粗車→高溫退火熱處理→精車→數(shù)控銑加工四凸臺(tái)及孔。其中通過(guò)粗車和退火處理的目的是減少材料內(nèi)應(yīng)力，從而減少零件在焊接過(guò)程中受熱變形量。另外在焊接結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方面，在零件外圓上分別設(shè)計(jì)四個(gè)工藝出氣孔，分別與內(nèi)導(dǎo)體焊接孔相通。利用此工藝方法一方面可以避免焊接過(guò)程中四個(gè)內(nèi)導(dǎo)體底部氣體受熱膨脹將內(nèi)導(dǎo)體頂出，影響四個(gè)內(nèi)導(dǎo)體高度尺寸；另一方面可以分別從端面和出氣孔加焊料，焊料流入充分，從而保證四個(gè)內(nèi)導(dǎo)體焊縫致密均勻，不虛焊。通過(guò)此處焊接結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，避免了后續(xù)加工過(guò)程中因虛焊或氣孔而產(chǎn)生的報(bào)廢。 另外在環(huán)加工中充分利用現(xiàn)代數(shù)控加工技術(shù)，銑四個(gè)凸臺(tái)和鉆四個(gè)內(nèi)導(dǎo)體焊接定位孔，從而提高了零件加工精度和生產(chǎn)效率，尺寸一致性好。工藝尺寸設(shè)計(jì)方面考慮到為后續(xù)加工提供加工基準(zhǔn)，于是分別對(duì)零件外圓、四孔相對(duì)外圓位置度尺寸提出了很高的要求。

4. 釬焊工藝過(guò)程及工裝設(shè)計(jì)

釬焊用銀基焊料，釬焊溫度為730oC。釬焊過(guò)程中保證四個(gè)內(nèi)導(dǎo)體間距是此道工序的關(guān)鍵。如直接通過(guò)內(nèi)導(dǎo)體焊接孔定位，由于內(nèi)導(dǎo)體與焊接孔之間存在0.05～0.08mm的焊接間隙，焊接后孔距存在一定的誤差。因此要保證焊接間距就必須設(shè)計(jì)一種專用的焊接定位工裝。通過(guò)研究，設(shè)計(jì)了如圖3所示的焊接定位工裝。通過(guò)焊接定位工裝上精確的四孔間距，從而嚴(yán)格保證了四個(gè)內(nèi)導(dǎo)體間距尺寸。

焊接工藝過(guò)程如下：焊前清洗→定位工裝定位→爐中預(yù)熱→焊接→焊后清洗。

圖 3

5. 產(chǎn)品成形加工工藝設(shè)計(jì)及夾具設(shè)計(jì)

產(chǎn)品焊接完成后，接下來(lái)就是加工環(huán)內(nèi)孔和外圓。以往加工該類零件的工藝方法為先將外圓車到圖樣尺寸，再用軟爪夾持外圓鏜內(nèi)孔。由于環(huán)最終壁厚為1.4mm，加工過(guò)程中使用三爪裝夾，就會(huì)使工件產(chǎn)生一個(gè)徑向力使產(chǎn)品向內(nèi)縮，當(dāng)產(chǎn)品加工完成后松開(kāi)三爪，孔就會(huì)向外脹而變橢圓，內(nèi)孔和圓度都無(wú)法保證。

針對(duì)該種狀況，經(jīng)過(guò)研究，最終設(shè)計(jì)了如圖4和圖5配套使用的簡(jiǎn)易特制夾具。夾具中分別銑四缺口讓開(kāi)凸臺(tái)及四個(gè)內(nèi)導(dǎo)體，鏜φ132.8+0.010mm孔來(lái)定位產(chǎn)品外圓，利用圖5端蓋來(lái)旋裝壓緊產(chǎn)品端面。加工時(shí)先校正四個(gè)內(nèi)導(dǎo)體軸線在φ0.02mm圓度范圍內(nèi)，車環(huán)外圓φ132.8－0－0.02mm，保證基準(zhǔn)外圓與四個(gè)內(nèi)導(dǎo)體軸線構(gòu)成的圓同心度在0.02mm范圍以內(nèi)。然后利用該夾具，以?shī)A具內(nèi)孔定位，用螺紋端蓋旋緊壓住產(chǎn)品端面，用鏜孔刀鏜環(huán)內(nèi)孔。利用該夾具，一方面將普通裝夾產(chǎn)生的徑向力轉(zhuǎn)換為軸向力，避免了產(chǎn)品因受徑向力而產(chǎn)生變形；另一方面也保證了圓環(huán)內(nèi)孔與四個(gè)內(nèi)導(dǎo)體的位置度要求。

圖 4

圖 5

另外在切削用量上也進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整，開(kāi)始切削速度為3.5m/s，進(jìn)給量為0.1mm/r，切削深度為0.5mm；當(dāng)內(nèi)孔余量為1mm時(shí)，切削速度為2.5m/s，進(jìn)給量為0.05mm/r，切削深度為0.15mm。這樣可以避免因切削用量過(guò)大而使產(chǎn)品產(chǎn)生加工內(nèi)應(yīng)力，從而造成產(chǎn)品加工后變形，另一方面又可以降低薄壁環(huán)內(nèi)孔表面粗糙度值。

6. 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)新工藝方法生產(chǎn)的產(chǎn)品數(shù)量已達(dá)400多件，產(chǎn)品質(zhì)量和性能比原來(lái)都有很大的提高，產(chǎn)品一次交驗(yàn)合格率達(dá)95%，生產(chǎn)效率比原來(lái)提高了60%。產(chǎn)品已經(jīng)裝入整機(jī)中使用，并且通過(guò)了各項(xiàng)測(cè)試和試驗(yàn)，驗(yàn)收合格。證明薄壁環(huán)類結(jié)構(gòu)件的制造工藝的先進(jìn)性和可行性，同時(shí)也為工廠創(chuàng)造了可觀的經(jīng)濟(jì)效益。