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        閥體加工工藝的改進

        2020-11-24 08:58:08沈陽機床股份有限公司遼寧沈陽110142田立明
        金屬加工(冷加工) 2020年11期

        ■沈陽機床股份有限公司 (遼寧沈陽 110142) 田立明

        ■沈陽鼓風機集團股份有限公司 (遼寧沈陽 110869) 陳永鋒

        閥體是閥門機械產(chǎn)品的主要零部件,一般起到承受介質(zhì)壓力的作用。閥體零件結(jié)構(gòu)相對復雜,其毛坯一般通過鑄造形成,材料一般為鑄鐵和鑄鋼,少數(shù)為不銹鋼材質(zhì)。本文所介紹的某公司閥體材質(zhì)是鑄鐵,通過介紹閥體在立式加工中心上的加工工序及夾具,引出在實際加工中出現(xiàn)的閥體上的孔相對于中心基準位置度超差的問題,為了彌補V形塊產(chǎn)生定位誤差的缺陷,通過調(diào)整工藝路線來巧妙地解決這個問題。

        1. 閥體原始工藝路線

        圖1所示為某公司閥體零件,材料為H T250。加工技術(shù)要求為:①鑄件應(yīng)符合GB/T 12229—2005的規(guī)定。②鑄件須經(jīng)退火處理。③未注鑄造圓角R 3 ~R5mm。④未注公差的加工尺寸按GB/T 1804—2000規(guī)定的H14(h14)js15。⑤閥座堆E410,回火后硬度33~38HRC,加工后厚度≥2mm。⑥鑄字按50J41H-160-01a/A。

        圖1中φ88H7、φ110H7孔、φ205h8和φ215h8外圓的精度比較高,是該零件的重要尺寸。該公司采用一臺臥式車床、一臺立式車床和一臺立式加工中心(配第四軸轉(zhuǎn)臺及圓盤尾座)進行加工。

        零件機加工工藝路線為:用臥式車床分別粗、精車φ215mm外圓及端面→粗、精鏜φ88H7內(nèi)孔→調(diào)頭粗、精車φ215mm外圓及端面→粗、精鏜φ88H7內(nèi)孔。

        換立式車床粗、 精車φ 205h8外圓及端面→粗、精鏜φ110H7孔→粗、精車φ53mm孔上端面→鏜φ53mm孔和φ50mm孔。

        換立式加工中心,轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn)至90°鉆φ215mm外圓端面上的φ25mm孔,留余量→鏜φ25mm孔→轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn)至0°鉆φ 205mm外圓端面上的φ 22mm孔,留余量→鏜φ 22mm孔→轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn)至-90°鉆φ215mm外圓端面上的φ25mm孔,留余量→鏜φ25mm孔。

        2. 立式加工中心夾具方案

        立式加工中心機床上主要加工3個外圓端面上的孔。為了提高加工效率,機床配置第四軸轉(zhuǎn)臺及圓盤尾座,這樣就可以實現(xiàn)一次裝夾完成孔的加工。定位基準選擇φ215mm的外圓中心,用V形塊定位外圓面限制工件4個自由度;另外一個定位基準選擇φ205mm外圓中心,也是用V形塊定位外圓面限制工件2個自由度。這樣工件的6個自由度就全都被限制了。夾具如圖2所示,夾具的壓緊點選在外圓面上。

        圖1 閥體零件

        圖2 夾具

        3. 加工誤差原因分析

        用圖2所示夾具在配有第四軸轉(zhuǎn)臺及尾座的立式加工中心上加工,加工完成后檢測,出現(xiàn)孔的位置度超差問題。此前加工中心通過了GB/T 20957.7—2007標準試料驗收要求,根據(jù)標準試料的精度來看,零件圖上孔的位置度可達到要求。分析認為,問題可能出在夾具上。夾具定位誤差分為基準移動誤差和基準不重合誤差。分析閥體原始加工工藝路線可知,車削φ 215m m外圓及φ 88mm內(nèi)孔的基準是采用互為基準原則加工,都是以外圓中心為基準,車削φ 205h8采用特殊夾具,也是以外圓中心為基準。在立式加工中心上也是圍繞著外圓中心為基準進行加工,根據(jù)圖樣分析來看,由于設(shè)計基準與定位基準始終是重合的,所以不存在基準不重合誤差。立式加工中心上的夾具定位元件為V形塊,V形塊定位通常會有基準移動誤差,計算公式為Δ Y=δd/[2sin(α/2)],其中ΔY為基準移動誤差(見圖3),δd為工件外圓直徑公差,α 為V形塊兩個限位面的夾角。

        本文所選V 形塊夾角為90 ° , 外圓直徑公差為0.072mm,可得出基準移動誤差為0.051mm,而圖樣上要求的位置度公差值為0.05mm,顯而易見定位誤差已經(jīng)超過位置度公差,這是不能滿足加工要求的。由此可以判斷,位置度超差與V形塊定位誤差有關(guān)。

        圖3 基準移動誤差示意

        4. 解決方案

        位置度和垂直度超差的原因已經(jīng)找到,此時有3種解決方案。

        1)方案1:更改夾具定位元件。3個外圓面采用平面定位方式,這樣可以減少基準移動誤差,但是治標不治本,不能很好地解決位置度超差問題。

        2)方案2:增加工序,將φ205h8、φ215h8外圓直徑精車至φ205h6、φ215h6,可將基準移動誤差降至0.02mm,這樣可以對位置度誤差影響大大減小,和方案1比起來要好一些。缺點是對車床加工精度要求高一些,不僅降低了加工效率,增加了制造成本,而且從量產(chǎn)的角度看,很難保證這個精度。

        3)方案3:更改閥體整體工藝路線。圖樣上的設(shè)計基準都是內(nèi)孔中心,在立式加工中心工序鉆孔前增加精鏜內(nèi)孔工序,用來重新校正因V形塊定位造成的基準移動誤差,同時取消所有車床上精鏜內(nèi)孔的工序。這樣原來的工藝路線就變?yōu)椋河门P式車床先分別粗、精車φ215mm外圓及端面→粗、精鏜φ88H7內(nèi)孔→調(diào)頭粗、精車φ215mm外圓及端面→粗鏜φ88H7內(nèi)孔。

        換立式車床粗、精車φ205h8外圓及端面→粗鏜φ110H7孔→粗車φ 53mm 孔上端面→鏜φ53mm孔和φ50mm孔。

        換立式加工中心,轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn)至90°精鏜φ 88H7內(nèi)孔→鉆φ215mm外圓端面上的φ25mm孔留余量→鏜φ 25mm孔→轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn)至0°精鏜φ110H7孔→精銑φ53mm孔上端面→鉆φ205mm外圓端面上的φ 22mm 孔留余量→鏜φ 22mm 孔→轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn)至-90°精鏜φ 88H7內(nèi)孔→鉆φ215mm外圓端面上的φ25mm孔留余量→鏜φ25mm孔。

        這樣就可以將基準移動誤差的影響降低至零。位置度和垂直度全都靠機床的精度保證。減少2把精車內(nèi)孔的車刀,增加了2把鏜刀和1把立銑刀,所增加的刀具成本能夠接受,生產(chǎn)效率幾乎沒什么變化,不影響產(chǎn)能,是一個可行的方案。

        最終決定選用方案3來解決孔位置度超差問題。

        5. 結(jié)語

        綜上所述,可知用V形塊定位是有誤差的,因此在精加工過程中重新校正了定位基準,調(diào)整了相關(guān)工序,解決了因V形塊定位誤差而造成孔位置度超差的問題。此前我們始終被車床外圓和內(nèi)孔是一個基準這一誤區(qū)所困擾,忽視了卡盤定位與V形塊定位的不同,導致閥體工藝路線安排出現(xiàn)了不足。文中采取的解決方案,為今后精加工用V形塊定位工況提供了可借鑒的經(jīng)驗。

        專家點評

        作者的加工思路比較靈活,定位方法清晰明確,沒有被外圓和內(nèi)孔是一個基準的誤區(qū)所困擾,準確判斷法蘭孔位置度超差與V形塊定位誤差有關(guān),并通過調(diào)整工藝路線巧妙解決了問題,為今后遇到V形塊定位工況時提供了經(jīng)驗。

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