郭愛(ài)成，朱賢波

（ 銳奇控股股份有限公司，上海 201612 ）

0 引言

鋁合金因其流動(dòng)性好、易成型且適合鑄造成各種復(fù)雜外形的零件，被電動(dòng)工具制造商廣泛使用。電動(dòng)工具整機(jī)產(chǎn)品中，齒輪箱、前蓋、中間蓋、底座等關(guān)鍵零部件均采用鋁合金材料壓鑄制成。鋁件的加工質(zhì)量直接影響電動(dòng)工具整機(jī)的精度、性能和壽命，通過(guò)技術(shù)改進(jìn)、設(shè)備更新以及夾具、刀具的優(yōu)化選擇是提高鋁件加工質(zhì)量水平的有效途徑。其中，合理選擇鋁件標(biāo)準(zhǔn)樣品，對(duì)機(jī)床加工余量適當(dāng)控制和夾具調(diào)整等手段具有代表性。本文以此為內(nèi)容，結(jié)合實(shí)際操作方法進(jìn)行探討。

1 概述

電動(dòng)工具用壓鑄成型鋁合金件一般為薄壁大件，多為一出一壓鑄模壓鑄而成，由于零件外形大且形狀復(fù)雜，受鑄造模具和工藝影響，相同模具生產(chǎn)的零件也可產(chǎn)生不同程度的變形。經(jīng)打磨、去毛刺、噴涂、運(yùn)輸?shù)裙ば蚝?，其變形程度或可增加?/p>

壓鑄成型為精密鑄造成型，為確保加工面光潔無(wú)砂眼，一般壓鑄模具設(shè)計(jì)壓鑄鋁件加工余量小于0.5mm。鋁件變形往往導(dǎo)致加工不良和加工過(guò)度或殘余黑皮現(xiàn)象。通過(guò)合理選擇標(biāo)準(zhǔn)樣品，對(duì)夾具進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，可最大限度提高鋁件加工質(zhì)量和合格率。本文所述的標(biāo)準(zhǔn)樣品為一批或連續(xù)批的壓鑄成型鋁合金件，其中一個(gè)或幾個(gè)零部件涉及的特征定位尺寸，處在一批或者連續(xù)批的中間值。

2 現(xiàn)狀分析

2.1 存在加工問(wèn)題

鋁件加工中存在問(wèn)題如下：

1）夾具設(shè)計(jì)第一定位基準(zhǔn)面不合理，未充分考慮鋁件變形影響，定位基準(zhǔn)無(wú)法調(diào)整，所有鋁件都被要求適合于該夾具，即使某些鋁件變形在合理的范圍也被加工成不合格品；

2）夾具設(shè)計(jì)考慮到鋁件變形，個(gè)別定位基準(zhǔn)面可調(diào)整，隨機(jī)取樣對(duì)夾具進(jìn)行適當(dāng)?shù)倪M(jìn)給量調(diào)整，可保證一個(gè)或多個(gè)鋁件滿(mǎn)足質(zhì)量要求，但批量加工時(shí)產(chǎn)生黑皮、過(guò)度加工等不良現(xiàn)象（過(guò)度加工及加工偏深易產(chǎn)生砂眼）；

3）缺乏對(duì)鋁件毛坯的認(rèn)真分析，夾具設(shè)計(jì)不合理，鋁件定位面不合理，選擇的定位面在鑄造成型及后續(xù)生產(chǎn)運(yùn)輸過(guò)程中易變形，加工后報(bào)廢率高，普遍存在黑皮和過(guò)度加工現(xiàn)象。

2.2 鋁件變形原因

1）鑄造模具結(jié)構(gòu)、進(jìn)澆口、排氣孔、頂出杠等設(shè)計(jì)不合理；

2）鑄造工藝參數(shù)設(shè)定不合理，如保壓時(shí)間設(shè)置短、機(jī)臺(tái)選擇噸位小等；

3）去除澆口、打磨、去毛刺、擺放、包裝等后道工序不合理；

4）噴涂時(shí)，高溫時(shí)效性差、噴涂供應(yīng)商選用不合理的掛置方法；

5）高溫噴涂和運(yùn)輸失當(dāng)。

3 方案提出

首先，夾具設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮到鋁件外形尺寸和變形影響，設(shè)計(jì)可調(diào)整定位的夾具，通過(guò)適當(dāng)調(diào)整以減少鋁件變形導(dǎo)致的加工報(bào)廢。另外，應(yīng)仔細(xì)分析鋁件變形的具體原因，從模具、鑄造以及鑄造后道處理、噴涂等各個(gè)環(huán)節(jié)做好質(zhì)量管控，使鋁件的變形量控制在最小范圍內(nèi)。若上述方案均無(wú)法得到有效解決，應(yīng)設(shè)計(jì)專(zhuān)用檢具對(duì)鋁件的關(guān)鍵定位面實(shí)施全檢。本文討論的方案是在鋁件變形已被控制在合理范圍，通過(guò)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，選擇標(biāo)準(zhǔn)樣品的方法。

3.1 標(biāo)準(zhǔn)樣品范圍

批量生產(chǎn)的一批鋁件中，樣品變形是客觀存在的。變形樣品遵循正態(tài)分布原則，部分樣品的變形特征尺寸接近于同組樣品平均值，初次裝夾調(diào)試加工時(shí)，可選擇這部分樣品為基準(zhǔn)對(duì)夾具進(jìn)行調(diào)整，借以實(shí)現(xiàn)左右兼顧。在變形量受控條件下，使鋁件加工報(bào)廢率降至最低。

3.2 標(biāo)準(zhǔn)樣品選擇

在批量進(jìn)貨鋁件中，抽取不少于50個(gè)樣品；

1）在第一道定位工裝上試裝夾，通過(guò)與裝夾的定位柱摩擦，找到定位點(diǎn)，在定位點(diǎn)上標(biāo)記；

2）翻轉(zhuǎn)基準(zhǔn)，將鋁件翻轉(zhuǎn)180°，通過(guò)輔助定位裝置，測(cè)量裝夾點(diǎn)高度（相對(duì)值，便于數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析）；

3）對(duì)取得的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，確定數(shù)據(jù)特征值最接近于平均值的樣品，即為標(biāo)準(zhǔn)樣品；

4）以標(biāo)準(zhǔn)樣品為基準(zhǔn)，調(diào)整機(jī)床夾具定位柱，測(cè)量第一加工面特征尺寸，使第一加工面特征值控制在最小值，目標(biāo)接近于零。該項(xiàng)可視制造商鋁件質(zhì)量水平、夾具設(shè)計(jì)工藝水平和機(jī)床加工能力而調(diào)整；

5）批量加工。

標(biāo)準(zhǔn)樣品并非一成不變，僅是一批特定生產(chǎn)條件下的產(chǎn)物，當(dāng)條件發(fā)生變化時(shí)，如：鋁件首次開(kāi)始批量生產(chǎn)、加工報(bào)廢率明顯上升或供應(yīng)商的生產(chǎn)模具、工藝出現(xiàn)重大變更時(shí)，均應(yīng)及時(shí)更新標(biāo)準(zhǔn)樣品。

經(jīng)實(shí)況分析比對(duì)，發(fā)現(xiàn)正確使用標(biāo)準(zhǔn)樣品加工，可以使結(jié)構(gòu)復(fù)雜、外形較大的鋁件加工報(bào)廢率降低至0.5%及以下，企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益明顯提高。

4 案例分析

以銳奇公司圓鋸產(chǎn)品采用的齒輪箱為例，參考說(shuō)明標(biāo)準(zhǔn)樣品選擇和夾具調(diào)整全過(guò)程。

該鋁件在未實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)樣品調(diào)試加工之前，加工報(bào)廢率長(zhǎng)期居于6%～7%，不良現(xiàn)象表現(xiàn)為齒輪箱與底板連接孔處黑皮、與機(jī)殼配合面黑皮。使用標(biāo)準(zhǔn)樣品調(diào)試夾具加工后，加工報(bào)廢率基本維持在0.5%左右，呈現(xiàn)大幅降低態(tài)勢(shì)。具體按以下步驟實(shí)施：

抽取50個(gè)齒輪箱，以數(shù)字按序編號(hào)。通過(guò)與裝夾的定位柱輕度摩擦，找到定位點(diǎn)并做標(biāo)記。為便于批量測(cè)量，實(shí)際操作時(shí)，設(shè)計(jì)制作了模擬齒輪箱裝夾的輔助檢具，將樣品在輔助檢具上輕度摩擦即能找到定位點(diǎn)，齒輪箱裝夾與夾具達(dá)到相同目的，見(jiàn)圖1。圖1中，摩擦后的4個(gè)定位點(diǎn)分別標(biāo)記為A，B，C，D；

圖1 齒輪箱

將齒輪箱翻轉(zhuǎn)180°后，通過(guò)輔助定位夾具，測(cè)量裝夾點(diǎn)高度，見(jiàn)圖2。高度尺測(cè)量環(huán)規(guī)上表面至4個(gè)定位點(diǎn)的高度數(shù)據(jù)記錄見(jiàn)表1。

圖2 齒輪箱基準(zhǔn)面

表1 數(shù)據(jù)匯總 (單位：mm)

樣品編號(hào) A點(diǎn) B點(diǎn) C點(diǎn) D點(diǎn)5 42.17 52.77 33.35 68.33 6 42.17 52.86 33.53 68.41 7 42.18 52.78 33.36 68.28 8 42.13 52.83 33.38 68.32 9 42.14 52.75 33.36 68.44 10 42.16 52.98 33.54 68.47 11 42.10 52.83 33.45 68.26 12 42.17 52.88 33.42 68.30 13 42.18 52.73 33.44 68.27 14 42.05 52.89 33.42 68.27 15 42.12 52.80 33.47 68.33 16 42.13 52.77 33.48 68.36 17 42.19 52.75 33.52 68.44 18 42.16 52.89 33.43 68.40 19 42.11 52.88 33.48 68.25 20 42.19 52.73 33.29 68.37 21 42.19 52.78 33.35 68.36 22 42.09 52.80 33.40 68.31 23 42.20 52.84 33.41 68.44 24 42.14 52.86 33.48 68.37 25 42.08 52.83 33.40 68.24 26 42.13 52.80 33.56 68.45 27 42.09 52.94 33.37 68.37 28 42.06 52.87 33.35 68.22 29 42.01 52.97 33.43 68.12 30 42.08 52.86 33.27 68.30 31 42.12 52.77 33.27 68.30 32 42.14 52.84 33.42 68.37 33 42.12 52.74 33.29 68.25 34 42.14 52.84 33.42 68.37 35 42.08 52.86 33.35 68.25 36 42.10 52.90 33.41 68.18 37 42.02 52.81 33.34 68.18 38 42.08 52.85 33.41 68.19 39 42.10 52.64 33.30 68.31 40 42.05 52.80 33.31 68.24 41 42.05 52.95 33.46 68.21 42 42.09 52.83 33.40 68.39 43 42.13 52.87 33.35 68.17 44 42.05 52.88 33.35 68.22 45 42.10 52.90 33.47 68.40 46 42.11 52.85 33.31 68.32 47 42.00 52.86 33.40 68.23 48 42.09 52.80 33.32 68.25

樣品編號(hào) A點(diǎn) B點(diǎn) C點(diǎn) D點(diǎn)49 41.98 53.04 33.57 68.11 50 42.09 52.91 33.35 68.27平均值 42.11 52.84 33.40 68.31 σ 0.05403 0.074037 0.076481 0.088594 MAX 42.2 53.04 33.57 68.47 MIN 41.98 52.64 33.27 68.11 R 0.22 0.40 0.30 0.36

從測(cè)定數(shù)據(jù)可見(jiàn)，A點(diǎn)最大差值為0.22mm，B點(diǎn)最大差值為0.40mm，C點(diǎn)最大差值為0.30mm，D點(diǎn)最大差值為0.36mm。若不加選擇隨機(jī)抽取一個(gè)樣品對(duì)機(jī)器裝夾的四根立柱高度進(jìn)行調(diào)整，必定導(dǎo)致加工后的產(chǎn)品不合格比例較高，甚至可達(dá)10%～20%。對(duì)于鋁件，一般毛坯設(shè)計(jì)精加工余量為0.5mm及以下，圖3中齒輪箱關(guān)聯(lián)尺寸要求公差僅為0.1mm，可見(jiàn)其技術(shù)要求較高。

圖3 齒輪箱設(shè)計(jì)

以平均值為基準(zhǔn)，±0.02mm為公差范圍對(duì)50個(gè)樣品進(jìn)行篩選，選定標(biāo)準(zhǔn)樣品為序號(hào)8。將8號(hào)樣品置于模擬檢具，如圖4所示，在待加工面上基本等份選擇6個(gè)點(diǎn)，按序標(biāo)記，測(cè)定其高度差。通過(guò)反復(fù)調(diào)整A、B、C、D四根立柱的高度，使6點(diǎn)平面度在0.03mm內(nèi)。調(diào)整立柱高度時(shí)，應(yīng)注意確保齒輪箱與模擬檢具四點(diǎn)接觸。

圖4 高度差

以調(diào)整后的模擬檢具為標(biāo)準(zhǔn)，要求供應(yīng)商對(duì)毛坯進(jìn)行整形，供貨品必須限制在±0.2mm以?xún)?nèi)，以保證毛坯變形控制在最小范圍內(nèi)，滿(mǎn)足加工要求。

以標(biāo)準(zhǔn)樣品為基準(zhǔn)，對(duì)機(jī)床夾具定位柱進(jìn)行調(diào)整，將第一加工面的特征值控制在最小范疇，接近于零。

將8號(hào)樣品裝夾于車(chē)床夾具，通過(guò)百分表測(cè)定圖3中所示的待加工面平面度和軸心同軸度，調(diào)整至0.03mm內(nèi)；試加工期間，可重復(fù)步驟調(diào)整，直至將不合格率嚴(yán)控在0.5%內(nèi)后實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)轉(zhuǎn)換基準(zhǔn)、選擇標(biāo)準(zhǔn)樣品、調(diào)整夾具的方法顯著降低鋁件加工不良率。標(biāo)準(zhǔn)樣品選擇應(yīng)具有一定的代表性，且樣品一旦選定即納入管理。同時(shí)，因鑄造本身存在差異性，鑄造材質(zhì)、環(huán)境溫度，模具差異等變動(dòng)因素較多，故標(biāo)準(zhǔn)樣品應(yīng)實(shí)施動(dòng)態(tài)管理。加工不良率浮動(dòng)上升時(shí)，應(yīng)及時(shí)調(diào)整和選擇新的標(biāo)準(zhǔn)樣品。