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        基于某零件的工藝改進(jìn)技術(shù)研究

        2021-06-24 07:29:06田仕興
        機(jī)電元件 2021年3期
        關(guān)鍵詞:孔距落料沖孔

        韋 林,田仕興

        (貴州航天電器股份有限公司,貴州貴陽,550009)

        1 前言

        今年以來,公司訂單量大幅增加,各種產(chǎn)品型號越來越豐富,產(chǎn)品和零件結(jié)構(gòu)相應(yīng)也越來越復(fù)雜。對于工藝人員來說,這是一個挑戰(zhàn),更是一個機(jī)遇。俗話說,科學(xué)只有起點(diǎn),技術(shù)沒有終點(diǎn)。在公司訂單量增加的同時(shí),生產(chǎn)能力也要不斷提高。作為一名工藝人員,要不斷學(xué)習(xí)、探索創(chuàng)新,進(jìn)而優(yōu)化工藝,解決生產(chǎn)現(xiàn)場的各種老大難問題,實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)能力的穩(wěn)步提升。

        工藝是將原材料或者半成品加工成零部件、產(chǎn)品的方法和技術(shù)。對于任何一個公司來說,擁有合理的工藝非常重要。生產(chǎn)工藝越合理,生產(chǎn)效率就越高,生產(chǎn)成本越低,生產(chǎn)交付周期也相應(yīng)地越短,在當(dāng)今市場競爭日趨激烈的環(huán)境下才能立于不敗之地。合理的工藝就是在產(chǎn)品、零部件的質(zhì)量特性優(yōu)越的前提下,在既定的生產(chǎn)條件下,能夠方便而經(jīng)濟(jì)地生產(chǎn)出相應(yīng)的零部件或產(chǎn)品。

        2 研究背景

        圖1是公司某型號產(chǎn)品常用的零件圖,為典型的“π”形狀。該零件主要做緊固線束作用,但孔位置度及螺紋孔要求較高,必須滿足圖紙要求。該零件需求量較大,材料是316L不銹鋼,厚度2mm,固溶狀態(tài)。

        圖1 零件設(shè)計(jì)圖

        此零件的加工工藝流程是:下料→落料→滾光→壓彎→鉆孔→攻絲→去毛刺(含回牙)→檢驗(yàn)→鈍化→檢驗(yàn)→入庫。但該零件在加工孔的過程中,需要頻繁的裝夾-加工-取件,勞動強(qiáng)度大,生產(chǎn)效率低,且容易產(chǎn)生毛刺,需要再次加工去除毛刺,導(dǎo)致零件外觀質(zhì)量差,生產(chǎn)效率低。經(jīng)過現(xiàn)場跟蹤分析,原因主要有以下幾點(diǎn):

        ①用臺式鉆床鉆孔,則需預(yù)先用中心鉆點(diǎn)孔,然后鉆孔,最后去除反面毛刺。每個零件需經(jīng)過多次裝夾和更換刀具,過程繁瑣耗時(shí),生產(chǎn)效率低,且機(jī)械式重復(fù)加工,極易造成錯誤。

        ②為保證鉆孔尺寸及精度,需要先設(shè)計(jì)并加工出專用的鉆孔夾具,為保證夾具壽命及使用精度,采用淬火材料,加工周期較長。

        ③對單批數(shù)量多的零件,鉆床已不能滿足加工周期需求,常改用數(shù)控銑床鉆孔,需預(yù)先加工夾具并裝夾定位,數(shù)控加工避免人為換刀,相對于臺式鉆床提高了加工效率,同時(shí)也避免加工錯誤的發(fā)生概率,但仍需人工裝取零件,加工效率低,勞動強(qiáng)度大。

        ④由于不銹鋼材料粘性大,刀具易折斷、磨損,需要頻繁磨刀、換刀,刀具成本高,生產(chǎn)準(zhǔn)備過程耗時(shí)較長。

        3 工藝分析研究及驗(yàn)證效果

        3.1 工藝分析及方案

        該零件材料為不銹鋼,材料的沖壓成型性能良好。零件結(jié)構(gòu)上沒有尖銳清角,公差范圍大,適合采用沖裁的工藝加工方法。基本工序?yàn)闆_孔、落料、彎曲以及后續(xù)的攻絲??梢詳M出以下幾種方案:

        方案1:級進(jìn)模;

        方案2:落料,彎曲,沖孔;

        方案3:沖預(yù)孔修孔落料,彎曲;

        方案4:沖孔落料,彎曲,修孔。

        3.2 方案對比及驗(yàn)證效果

        1)方案1:級進(jìn)模

        開制沖孔、彎曲、切斷級進(jìn)模,加工效率非常高,適合于大批量零件的生產(chǎn)。但是我公司的產(chǎn)品主要是品種多、批量小,批次的生產(chǎn)數(shù)量較少,而級進(jìn)模的結(jié)構(gòu)復(fù)雜,模具的設(shè)計(jì)以及制造周期長,后續(xù)模具維護(hù)及維修較為困難,開模成本較高。因此不選用。

        2)方案2:落料,彎曲,沖孔

        開制落料模、彎曲模和沖孔模各一副,均為單工序模。模具結(jié)構(gòu)簡單,操作方便,開模周期短,成本低。根據(jù)公司實(shí)際情況,先根據(jù)理論展長,開制彎曲模,然后利用線切割加工試模零件進(jìn)行試彎曲,若彎曲高度尺寸與設(shè)計(jì)尺寸有差異,則修理彎曲模的凸模和凹模。將零件的高度尺寸修理至設(shè)計(jì)尺寸后,此時(shí)彎曲模已定型。再根據(jù)零件彎曲前的長度計(jì)算出實(shí)際展長,再開制落料模。

        最后以彎曲過后的外形定位進(jìn)行沖孔,這樣可以很好地保證孔距尺寸,孔距與外形之間的相對位置關(guān)系也可以得到很好的保證。經(jīng)過試驗(yàn),該方案加工的零件實(shí)物如圖2所示。

        圖2 彎曲外形圖

        經(jīng)過多次實(shí)物加工測量,零件在彎曲后沖孔,長度尺寸會增大0.04mm~0.1mm。另外,材料較硬,厚度較厚,沖裁斷裂帶較大,如上圖3所示,兩孔實(shí)際為“喇叭口”狀,光亮帶尺寸滿足尺寸,斷裂的尺寸常偏大0.1左右。但部分孔為螺紋底孔,裝配中起鎖緊作用,“喇叭口”影響攻絲后螺紋尺寸,有效螺紋段減少,使用過程中隱患大,質(zhì)量不可靠,該方案不能滿足要求。

        圖3 孔壁“喇叭口”狀放大圖

        3)方案3:沖預(yù)孔修孔落料,彎曲

        先沖制預(yù)孔,然后修孔,再落料外形,最后彎曲,開制一副跳步模和一副彎曲模。對于該零件孔的成型,考慮到方案二中沖裁的斷裂帶對后續(xù)加工螺紋會造成不利影響,所以將孔的成型分為兩個階段,一個是沖制預(yù)孔階段,另外一個是對孔進(jìn)行修整的階段。即先沖出比設(shè)計(jì)尺寸小0.3mm~0.5mm的預(yù)孔,此時(shí)有斷裂帶的存在,然后再以較小的間隙修整至符合設(shè)計(jì)尺寸,這樣沖出的孔光亮帶長,能有效保證螺紋尺寸和有效螺紋段。

        與方案二相同,先開制彎曲模,再推算實(shí)際展長開制跳步模。經(jīng)過實(shí)際加工驗(yàn)證,通過將孔的成型分為兩個階段,可以消除方案二中的“喇叭口”,孔的成型質(zhì)量很好,幾乎是全光亮帶。加工的零件實(shí)物如圖4、圖5所示。

        圖4 彎曲外形圖

        圖5 孔壁放大圖

        對于該方案,零件整體成型良好,加工效率高。但是經(jīng)過多個零件批次的加工驗(yàn)證,發(fā)現(xiàn)當(dāng)孔距離彎曲R邊直線段少于一定尺寸或當(dāng)零件的彎曲高度較大后,孔變形嚴(yán)重(見圖6),孔距超差,直線段距離越近,彎曲高度越高,孔變形越嚴(yán)重。

        圖6 孔口變形處放大圖

        經(jīng)過深入分析,我公司部分零件兩孔邊緣距離彎曲圓弧端點(diǎn)較近,零件經(jīng)過沖孔和修孔后,孔已經(jīng)完全成型,后面的外形落料并不會對孔產(chǎn)生影響,而是后續(xù)在彎曲的過程中,由于整體材料流動較大,導(dǎo)致零件孔距超差甚至孔被拉變形的情況。對于部分孔邊緣距離圓弧端點(diǎn)遠(yuǎn)的零件,彎曲過程并不會影響孔的成型質(zhì)量,可以利用此方案進(jìn)行加工。但是我公司該類型的零件中,大部分零件的孔距離圓弧端點(diǎn)都較近,因此不能采用此方案加工。該方案具有一定的局限性,僅對孔距彎曲R邊直線段較大的零件適用,對于直線段小的零件,還需要繼續(xù)研究和改進(jìn)。

        4)方案4:沖孔落料,彎曲,修孔

        需要一副沖孔落料跳步模,一副彎曲模和一副修孔模。模具結(jié)構(gòu)均比較簡單,加工效率較高,模具制造成本較低。其中孔的成型還是要用兩個階段來完成,不過,為了消除彎曲過程對孔的影響,把孔的修整過程放在彎曲過后進(jìn)行。即便彎曲過程使得事先沖制好的預(yù)孔發(fā)生變形,后續(xù)的修整過程也可以使之得到修正。先開制彎曲模,推算實(shí)際展長開制沖孔落料模,隨即開制修孔模。修孔過程以彎曲后的外形定位,這樣可以很好地保證孔距尺寸,兩孔相對外形的位置關(guān)系也可以得到保證。

        經(jīng)過多個不同批次不同零件的驗(yàn)證,通過先沖制預(yù)孔,然后彎曲,再進(jìn)行修孔的方式,兩個孔以及外形的整體成型質(zhì)量良好。針對批次數(shù)量較大或已經(jīng)定型的產(chǎn)品,目前公司生產(chǎn)現(xiàn)場已經(jīng)按照改進(jìn)后的工藝模式生產(chǎn)零件,加工的零件實(shí)物如下圖所示:

        圖7 加工實(shí)物圖

        圖8 加工實(shí)物圖

        圖9 加工實(shí)物孔口放大圖

        圖10 加工實(shí)物孔壁放大圖

        因?yàn)樾蘅走^程的沖裁余量小,可以取較小的沖裁間隙,通常取雙面間隙0.02mm~0.03mn,沖裁斷面幾乎是全光亮帶,不會存在方案二中的斷裂帶和“喇叭口”的情況。此外,修孔過程并不會使彎曲過后的零件變長。沖孔凸模也不用做成臺階型,卸料板也不用做成臺階沉孔,減少模具制造的工作量。

        5)結(jié)論

        通過對多個加工方案進(jìn)行對比以及試驗(yàn)驗(yàn)證,零件采用先沖孔落料,然后彎曲,最后修孔的加工方式最為合適。同時(shí),該零件孔的成型與其彎曲的圓弧有很大關(guān)系。孔邊緣距離圓弧越遠(yuǎn),其修孔余量應(yīng)該越小,孔的成型質(zhì)量越好;孔邊緣距離圓弧越近,其修孔余量應(yīng)該越大,孔的成型尺寸稍差。從零件工藝性的角度來看,在不影響其功能的前提下,孔距離圓弧越遠(yuǎn),其加工工藝性越好。

        4 結(jié)束語

        該類零件是公司的一種通用件,零件用量大。由于零件材料的特性,傳統(tǒng)的刀具切削的加工方式效率低、成本高。本文通過深入加工現(xiàn)場,從零件加工效率低、加工質(zhì)量差的問題現(xiàn)象出發(fā),結(jié)合零件的材料和結(jié)構(gòu)特性,改進(jìn)加工工藝,經(jīng)過大量的試驗(yàn)驗(yàn)證,分析加工實(shí)物后進(jìn)行不斷改進(jìn),摸索出全新的加工工藝,大幅提高了零件的加工效率,保證了加工質(zhì)量,實(shí)現(xiàn)降本增效。

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