隋 森

(新東北電氣(沈陽)高壓開關(guān)有限公司，遼寧 沈陽110025)

筆者所在公司生產(chǎn)的ZF15 -550 氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備(GIS)，是公司在高壓開關(guān)市場(chǎng)上的主打產(chǎn)品，因該產(chǎn)品具有運(yùn)行穩(wěn)定、防腐蝕性強(qiáng)、傳導(dǎo)性和抗震性好等優(yōu)點(diǎn)，在浙北變和雙龍變等很多工程中得到使用。而產(chǎn)品上的部件絕緣支撐桿，是通過筆者單位制造出的模具澆注成型的，見圖1。由于工件絕緣支撐桿受到澆注模具、原料配比、澆注設(shè)備及澆注工藝等諸多因素的影響，使其質(zhì)量難以保證，而在這些因素中澆注模具的質(zhì)量對(duì)工件質(zhì)量的影響是比較大的，所以通過采取合理的工藝措施來保證模具的質(zhì)量，對(duì)保障工件的質(zhì)量是很有必要的［1－2］。而圖2 模套是澆注模具最重要的組成部件，其加工質(zhì)量直接決定了整套澆注模具的質(zhì)量。筆者針對(duì)模套在加工過程中所遇到的一些問題，結(jié)合模套的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和使用性能，對(duì)其機(jī)加工工藝進(jìn)行了深入的分析和研究。

1 工藝分析

在零件加工之前進(jìn)行相關(guān)的工藝分析是很有必要的，只有弄清哪些部位是加工過程中的關(guān)鍵點(diǎn)，哪些加工環(huán)節(jié)容易出現(xiàn)問題，做到有的放矢，才可能設(shè)計(jì)出合理的工藝方案，并加工出合格的產(chǎn)品。

1.1 分型面分析

該模套從整體上可看成一個(gè)零件，而局部上以分型面為界分成左模和右模兩個(gè)零件。分型面是左模和右模的精加工基準(zhǔn)，只有表面平整才能使零件定位和測(cè)量準(zhǔn)確，加工出來的尺寸精度和形位精度才能滿足圖樣要求。分型面也是左模和右模合模后的裝配基準(zhǔn)，表面若是不平整會(huì)使合模間隙過大，導(dǎo)致澆注時(shí)澆注材料滯留在縫隙中而影響工件的成型質(zhì)量。

1.2 型腔、澆口和導(dǎo)柱孔分析

模套左視圖中心型腔R147.73 ×R103.53 ×R是澆注工件的成型部位，截面貫穿整個(gè)長度方向，由于該型腔是左模和右模加工后合模成型，所以在分型面結(jié)合部位難以圓滑過渡，容易在澆注工件上出現(xiàn)階梯式接痕，同時(shí)圖樣給出的表面粗糙度值Ra為0.2 μm，一般的機(jī)加設(shè)備難以達(dá)到如此高的精度。俯視圖300 ×R3×3°是模套的澆口部位，要求左模和右模的300 尺寸保持一致，這樣合模后在分型面結(jié)合部位不會(huì)產(chǎn)生錯(cuò)位，而表面粗糙度也需達(dá)到較高的精度，否則澆注材料容易吸附在其表面上，難以實(shí)現(xiàn)順利脫模。主視圖2 ×φ12H7(+0.0180)孔是用于左模和右模合模的導(dǎo)柱孔，雖然圖樣沒有對(duì)導(dǎo)柱孔的孔距和相對(duì)型腔中心的位置度做出嚴(yán)格的要求，但在加工導(dǎo)柱孔時(shí)，必須保證孔距和相對(duì)型腔中心的位置度一致，否則左模和右模無法進(jìn)行合模裝配，或裝配后在分型面部位產(chǎn)生錯(cuò)位。

1.3 端面和定位孔分析

從圖1 裝配圖中可以看出，模套420 mm 兩端面上的8 ×φ10H7(+0.0150)定位孔是通過定位銷8 來固定定位板7，進(jìn)而起到定位左模板10 和右模板3 的作用，所以要求各定位孔相對(duì)型腔中心的位置度必須準(zhǔn)確，否則模套與定位板無法安裝，或安裝后無法起到定位作用。420 mm 兩端面與模板的內(nèi)側(cè)面為無縫緊壓配合，要求每側(cè)端面必須平整，這樣才能保證模具使用時(shí)澆注材料不會(huì)從型腔兩端溢出而影響工件的成型質(zhì)量。

2 工藝路線的制定

制定工藝路線之前，需整體了解零件的加工工藝過程，清楚每道工序間的順序關(guān)系會(huì)對(duì)零件的加工造成哪些影響，以及遵從基面先行、先粗加工后精加工、先主要部位后次要部位等工藝設(shè)計(jì)原則來合理安排工藝路線。

由于左模和右模的外形尺寸比較大，毛坯需分別鍛造成430 mm ×260 mm ×80 mm 和430 mm ×260 mm×70 mm 的坯料。受錘鍛加工的影響，其內(nèi)部聚集了大量的應(yīng)力，為降低硬度，提高塑性，改善切削加工性能，還應(yīng)進(jìn)行退火處理。為消除粗加工時(shí)因切削力和切削熱等因素所引起的應(yīng)力變形，并穩(wěn)定零件的加工精度，調(diào)質(zhì)前需粗銑型腔和澆口部位。調(diào)質(zhì)后需磨出各平面，為后序的精加工提供定位基準(zhǔn)，型腔、澆口和導(dǎo)柱孔等重要部位的精加工由立式加工中心保證，420 mm 兩端面及其上的定位孔由臥式銑鏜床保證。由于型腔和澆口銑削后表面粗糙度值Ra無法達(dá)到圖樣0.2 μm 和0.4 μm 的要求，所以還需做進(jìn)一步的光整加工，最后進(jìn)行表面鍍鉻處理，以提高模具的使用壽命。確定了以上主要工序的工藝路線后，再綜合考慮其他相關(guān)工序的工藝要求，制定如下的工藝路線［3－4］:備料→鍛造→退火→端銑→劃線→立銑→調(diào)質(zhì)→平磨→立加→鉗→臥鏜→鉗→拋光→鍍鉻→鉗。

3 機(jī)加工工藝方法

3.1 粗銑加工工藝

毛坯經(jīng)鍛造后，六面不規(guī)整，需去除大部分的加工余量，使六面接近于零件外形尺寸。由于零件六面尺寸比較大，且屬于粗加工，機(jī)床選用加工效率較高的端頭銑床。左模75 mm 尺寸和右模60 mm 尺寸在熱處理后變形程度較大，加工時(shí)需留出足夠的精加工余量，分別留量1.2 mm 備后序的磨削加工使用。為提高加工效率及保證尺寸的一致性，應(yīng)將左模和右模裝夾在一起，同時(shí)加工出420 和250 尺寸，420 尺寸留量2 mm備后序的鏜削加工使用，250 尺寸留量0.8 mm 備后序的磨削加工使用。

由于模套的型腔和澆口加工量較大，調(diào)質(zhì)之前還需進(jìn)行粗加工，經(jīng)劃線后可選用普通立式銑床進(jìn)行加工，加工完后零件的形狀發(fā)生變化，會(huì)在調(diào)質(zhì)后發(fā)生較大的應(yīng)力變形，在粗加工時(shí)應(yīng)留出足夠的精加工余量，單側(cè)留量3 mm 備后序的精銑加工使用。需要注意的是，不可將模套的型腔和澆口的粗加工安排在調(diào)質(zhì)后進(jìn)行，否則容易導(dǎo)致刀具切削大量具有調(diào)質(zhì)硬度的材料，降低刀具的使用壽命，同時(shí)由于熱處理的淬透性原因，粗加工后型腔的表面材料硬度明顯降低，不利于模具的長期使用，最主要的是因粗加工時(shí)切削去除量較大，加工后分型面會(huì)發(fā)生應(yīng)力變形，容易造成平面度超差，導(dǎo)致合模后在分型面部位產(chǎn)生較大縫隙而影響模具質(zhì)量。

3.2 磨削加工工藝

零件經(jīng)過熱處理后表面布滿氧化皮，并存在一定程度的變形，需通過磨削來提高各面的尺寸精度、形位精度和表面質(zhì)量，為后序提供精加工基準(zhǔn)［5］。左模的250 mm×75 mm 四面和右模的250 mm ×60 mm 四面選用平面磨床加工，而420 mm 兩面超出平面磨床高度方向加工行程，需通過后序的鏜削來完成。由于零件經(jīng)過調(diào)質(zhì)后，左模75 mm 兩面和右模60 mm 兩面的變形方向總是趨近于型腔的弧度方向，即分型面呈凹陷狀態(tài)，背面呈凸起狀態(tài)，所以在磨削75 mm 兩面和60 mm 兩面時(shí)，應(yīng)先將分型面朝下放置在工作臺(tái)面上，磨削出背面，然后再以加工過的平面為基準(zhǔn)磨削出分型面，這樣的加工順序，既可保證電磁吸盤能夠吸牢零件，使零件在磨削過程中保持平穩(wěn)，也可保證兩面的平行度和分型面的平面度，如果將兩面的加工順序顛倒，則難以保證上述形位精度。

磨削250 mm 兩面時(shí)，先用夾具裝夾左模的75 mm 兩面和右模的60 mm 兩面，保證兩面與工作臺(tái)面垂直，分別磨削出250 mm 的一面，然后將左模和右模共同放置在工作臺(tái)面上，以磨削過的一面為基準(zhǔn)，同時(shí)磨削出另一面，這樣加工完后左模和右模的250 mm尺寸保持一致，裝配后不會(huì)在分型面部位產(chǎn)生錯(cuò)位。

3.3 精銑加工工藝

由于模套的型腔、澆口尺寸精度和表面質(zhì)量高，導(dǎo)柱孔位置精度要求嚴(yán)格，對(duì)合模后的裝配質(zhì)量起著關(guān)鍵性作用，所以精銑應(yīng)選擇立式加工中心能更好地保證這些重要部位的加工質(zhì)量。根據(jù)型腔和澆口部位圓弧線較多、表面粗糙度值小及表面材料硬度不高等特點(diǎn)，精銑刀具選用高速鋼球型銑刀。

加工前需建立實(shí)體模型圖并進(jìn)行編程，將生成的數(shù)控程序輸入機(jī)床進(jìn)行加工。加工時(shí)零件的分型面朝上，用百分表沿250 mm 兩面進(jìn)行找正，誤差控制在0.01 mm 以內(nèi)，之后用壓板壓緊，為防止分型面上出現(xiàn)壓痕，應(yīng)在壓板下面墊上銅皮。操作者在零件的分型面上尋找橫向中心線和豎向中心線的交點(diǎn)，該點(diǎn)既為機(jī)床的坐標(biāo)原點(diǎn)，亦為程序的坐標(biāo)原點(diǎn)，這樣可以保證設(shè)計(jì)基準(zhǔn)與制造基準(zhǔn)重合，減小加工誤差，然后按編制好的程序，在一次裝夾中加工出型腔、澆口和導(dǎo)柱孔等部位。需要注意的是，不可在一道工序中進(jìn)行多次裝夾或分多道工序加工這些部位，否則在兩次裝夾中易產(chǎn)生較大的位置誤差而影響加工質(zhì)量。為提高表面質(zhì)量，在加工過程中要不斷地供給冷卻液，以抑制零件表面溫度升高及解決熱損傷問題，加工后型腔和澆口的表面粗糙度值Ra要求達(dá)到0.8 μm，為后序的拋光做好底面基礎(chǔ)。

3.4 鏜削加工工藝

澆注模具在使用上要求模套420 mm 兩端面必須平整，其上的定位孔相對(duì)型腔中心的位置度也必須準(zhǔn)確，若通過采取對(duì)左模和右模進(jìn)行單獨(dú)加工，會(huì)因兩者存在加工誤差而致使合模后難以保證上述形位精度，所以可將兩者合模裝配后，選用臥式銑鏜床進(jìn)行整體加工，這樣就能很好地保證這些部位的加工質(zhì)量。

加工前由鉗工將導(dǎo)柱過盈裝配到左模的導(dǎo)柱孔中，再與右模合模裝配，并用螺栓緊固，此時(shí)兩者已形成一個(gè)整體零件。加工時(shí)將135 mm 的一面平行工作臺(tái)面放置在夾具上，以250 mm 兩面進(jìn)行找正，誤差控制在0.01 mm 以內(nèi)，由于合模后分型面已無法作為定位和測(cè)量基準(zhǔn)，所以可選用端面的型腔幾何中心為機(jī)床坐標(biāo)原點(diǎn)，按計(jì)算好的各定位孔相對(duì)原點(diǎn)的坐標(biāo)尺寸，在一次裝夾中加工出420 mm 兩端面及其上定位孔等部位。需要注意的是，不應(yīng)將250 mm 的一面放置在工作臺(tái)面上進(jìn)行裝夾加工，一方面由于這種定位方式不是以大面作為基準(zhǔn)，加工出來的零件誤差會(huì)較大，另一方面由于零件受到壓板壓緊力和刀具切削力的作用，會(huì)使分型面處于受拉應(yīng)力狀態(tài)，可能會(huì)在該部位產(chǎn)生縫隙而影響加工質(zhì)量。

4 檢測(cè)樣板工藝設(shè)計(jì)

因左模和右模的型腔由多處圓弧連接成型，常用的量具難以檢測(cè)，準(zhǔn)確性也得不到保證，所以筆者依據(jù)檢測(cè)樣板與被檢零件間類似于過渡配合關(guān)系的這種特點(diǎn)［6］，設(shè)計(jì)出圖3 左模樣板圖和圖4 右模樣板圖。樣板作為一次性使用測(cè)量工具，不要求具有較高的硬度和耐磨性，材料可選常用的Q235 鋼板，而樣板在使用上要求厚度不可太厚，否則測(cè)量的準(zhǔn)確性難以保證，厚度也不可太薄，否則在加工過程中容易發(fā)生變形而影響精度，厚度為2 mm 即可。兩面經(jīng)過平磨后用線切割機(jī)床加工出全形，并用三坐標(biāo)測(cè)量儀對(duì)樣板進(jìn)行檢測(cè)，經(jīng)檢驗(yàn)合格的樣板即可作為有效量具使用。為提高樣板的測(cè)量精度，使用前還需由鉗工將樣板的測(cè)量處倒成C1.5 角，使用時(shí)可借用塞尺或用光隙法進(jìn)行檢測(cè)。

5 結(jié)語

按以上的工藝路線和工藝方法加工完模套后，型腔、澆口的尺寸精度和表面質(zhì)量完全滿足圖樣的要求，左模和右模合模后，型腔在分型面結(jié)合部位能夠圓滑過渡，420 mm 兩端面的平面度及其上定位孔的位置度也滿足圖樣的要求。鉗工按照裝配圖的各項(xiàng)技術(shù)要求將模套和其他零件進(jìn)行總體裝配，并在絕緣澆注生產(chǎn)線上進(jìn)行模具的試澆驗(yàn)證，澆注時(shí)澆注材料沒有從型腔兩端溢出，澆注出的工件在分型面部位沒有出現(xiàn)夾雜余料，型腔結(jié)合部位沒有出現(xiàn)階梯式接痕，各項(xiàng)尺寸經(jīng)過檢測(cè)也完全合格，從而驗(yàn)證了整套澆注模具的質(zhì)量也是合格的，同時(shí)說明在模套加工過程中所采取的工藝措施是行之有效的，為今后該種結(jié)構(gòu)類型零件的加工提供了一定的借鑒價(jià)值。

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［5］隋森. 環(huán)氧樹脂真空澆注生產(chǎn)線混料罐活塞缸加工工藝研究［J］.高壓電器，2013，49(6):109 －112.

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