袁印，黃新懷，張銀生

河南省西峽縣內(nèi)燃機(jī)進(jìn)排氣管有限責(zé)任公司 河南南陽 474500

1 序言

梯形槽法蘭在實(shí)際應(yīng)用中主要通過墊圈和法蘭密封面的完整接觸實(shí)現(xiàn)良好密封，其特殊的結(jié)構(gòu)形式對密封槽的形狀、位置及配合精度要求很高。我公司生產(chǎn)的某出口件鑄鐵進(jìn)水管就是采用梯形槽法蘭的密封形式，其壁薄，加工過程易變形，特別是梯形槽加工中心與流道鑄造中心位置要求嚴(yán)苛，屬于高精度梯形槽法蘭。開發(fā)之初，嘗試了各種常規(guī)的加工方法，如數(shù)控車床直線與圓弧插補(bǔ)、加工中心編程銑削等，均難以完全滿足圖樣要求。本文介紹一種新的加工工藝，主要采用非標(biāo)刀具結(jié)合中心找正技術(shù)，解決高精度梯形槽法蘭的加工問題。

2 梯形槽法蘭加工技術(shù)要求

圖1所示梯形槽法蘭壁厚要求（4±0.5）mm，管壁薄，外形不規(guī)則。流道鑄造直徑為（52±0.5）mm，梯形槽孔口加工外徑為，槽邊與槽底加工呈95°±0.3°夾角，槽底圓角R（0.45±0.3）mm，孔口圓角R（0.2±0.05）mm，槽底寬度（4.7±0.13）mm，槽深（2.66±0.12）mm，表面粗糙度值Ra=2.5μm。

圖1 梯形槽法蘭

形狀精度方面：孔口圓角R（0.2±0.05）mm、槽底與槽邊表面粗糙度值Ra=2.5μm，要求嚴(yán)格，刀具磨損、零件受力變形以及加工過程振刀等因素都會對加工尺寸產(chǎn)生影響。

位置精度方面：梯形槽加工中心與流道鑄造中心理論同心，且梯形槽孔口距離流道鑄造孔口理論距離為0.8mm，對于機(jī)器砂型鑄鐵件而言，該尺寸帶范圍偏窄，加工過程中的微小波動都極有可能產(chǎn)生梯形槽豁口或孔口飛邊等問題，影響使用性能。

3 原加工工藝及問題分析

3.1 數(shù)控車床直線與圓弧插補(bǔ)車削+搖臂鉆床鉆削工藝

OP10：采用毛坯外形定位，數(shù)控車床圓弧插補(bǔ)粗、精車削法蘭面及插補(bǔ)車削梯形槽。數(shù)控車削如圖2所示。

圖2 數(shù)控車削

OP20：采用加工后的法蘭面及其流道、毛坯外形定位，用普通搖臂鉆床鉆削法蘭面螺栓過孔。

工藝缺點(diǎn)有以下幾方面。

1）該加工工藝對毛坯一致性要求高。該產(chǎn)品作為機(jī)器砂型鑄件，毛坯的鑄造公差一般為CT9～CT10級[1]，毛坯鑄造公差大，鑄造精度一般，脹箱、錯箱等鑄造缺陷對加工結(jié)果影響較大。

2）采用毛坯外形定位，定位基準(zhǔn)（外形）與設(shè)計基準(zhǔn)（流道中心）不重合會產(chǎn)生定位誤差[2]，而車床又缺少誤差檢測與糾正措施，理論上梯形槽加工中心與流道鑄造中心偏差超過±0.3mm，便會產(chǎn)生孔口飛邊甚至豁口問題。

3）成品率低、加工成本高。端面槽切削刃寬（4±0.025）mm，R角為（0.2±0.05）mm，屬于精密切槽刀片，鋒利、易磨損，換刀頻次高，再加上綜合成品率僅為20%左右，加工成本高昂。

4）法蘭面螺栓過孔由普通鉆床鉆頭經(jīng)鉆模套導(dǎo)引加工而成，其同樣采用了毛坯外形定位，若兩處螺栓過孔連線中心和密封槽中心偏差大，則會影響產(chǎn)品使用性能。

3.2 加工中心編程銑削+分中棒尋邊工藝

加工中心編程銑削+分中棒尋邊工藝如圖3所示。具體操作流程如下。

圖3 加工中心編程銑削+分中棒尋邊工藝

1）采用刀盤粗、精銑法蘭面。

2）設(shè)備暫停，將分中棒裝入加工中心的夾頭上，作業(yè)人員操作手輪，使分中棒觸碰流道側(cè)壁，根據(jù)加工中心面板顯示結(jié)果，作業(yè)人員自行計算流道中心并修正程序。

3）采用硬質(zhì)合金銑刀編程銑削梯形槽、鉆螺栓過孔。

工藝缺點(diǎn)：①對毛坯一致性要求高，需人工操作進(jìn)行中心找正，加工效率低。②常規(guī)刀具無法加工出合格梯形槽，即梯形槽形狀無法完全滿足圖樣要求。

4 改進(jìn)措施

采用1臺加工中心、1套專用夾具，用非標(biāo)刀具結(jié)合設(shè)備中心找正技術(shù)，一次裝夾實(shí)現(xiàn)高精度梯形槽法蘭的加工。

1）設(shè)計并制作非標(biāo)梯形槽成形刀具（見圖4），保證梯形槽形狀精度，刀具設(shè)計參數(shù)如圖5所示。刀具主要由刀體4、刀夾2和非標(biāo)可換刀片1組成，刀柄為常規(guī)的套式銑刀柄BT40-XM32-75。刀體安裝在套式銑刀柄的φ32g6心軸上，用內(nèi)六角圓柱頭螺釘緊固，兩邊用鍵槽傳遞扭矩。刀體上設(shè)置2處刀倉，采用2個小刀夾，刀夾置于刀倉內(nèi)，用于安裝非標(biāo)可換刀片，二者之間用螺釘緊固。其中，刀夾頂端安裝有微調(diào)螺釘3，便于Z向調(diào)整，使刀具均勻受力，減少振動，提高槽底表面質(zhì)量。刀片材質(zhì)為YG6鎢鋼，表面涂敷5～10μm厚的TiC或TiN涂層，以提高表層的耐磨性[3]和刀片的使用壽命。

圖4 非標(biāo)梯形槽成形刀具

圖5 刀具設(shè)計參數(shù)

2）對加工中心軟件系統(tǒng)進(jìn)行升級，加裝機(jī)床測頭和相應(yīng)的運(yùn)行程序，使加工中心具備中心找正功能。機(jī)床測頭為接觸式，使用時測頭只需輕觸工件流道四周并經(jīng)程序內(nèi)運(yùn)算，即可實(shí)現(xiàn)機(jī)床內(nèi)工件中心自動找正，保證梯形槽加工中心與流道鑄造中心偏差在±0.2mm。液壓夾具+機(jī)床測頭如圖6所示。

圖6 液壓夾具+機(jī)床測頭

3）設(shè)計液壓夾具，提升夾具剛性，確保工件定位準(zhǔn)確、夾緊牢靠，使其不因受力而破壞定位位置[4]，防止出現(xiàn)夾緊變形或切削過程因振刀而導(dǎo)致槽底振紋等異常問題。

5 優(yōu)化后的加工工藝及效果

5.1 優(yōu)化后的加工工藝

優(yōu)化后的加工工藝如下。

1）將產(chǎn)品在液壓夾具中采用外形定位、夾緊后，用刀盤粗、精銑法蘭面。

2）調(diào)用刀庫中的接觸式測頭依據(jù)運(yùn)行程序的指令自動打點(diǎn)，進(jìn)行序中運(yùn)算后中心找正。

3）調(diào)用刀庫中的非標(biāo)梯形槽成形刀具銑削梯形槽。

4）調(diào)用刀庫中的硬質(zhì)合金鉆頭鉆兩處螺栓過孔。

5.2 效果驗(yàn)證

工藝改進(jìn)效果如下。

1）通過非標(biāo)刀具的設(shè)計、制作及應(yīng)用，穩(wěn)步提高了梯形槽法蘭的整體形狀精度，梯形槽的表面粗糙度、R角等完全符合圖樣要求。

2）非標(biāo)刀片采用表面涂層工藝，刀片更耐磨、耐用且更換方便。相較于前期的加工工藝，原刀具成本每件約2元（成品率低），現(xiàn)在刀具成本每件約0.5元，刀具成本降低75%。

3）中心自動找正技術(shù)的應(yīng)用，大大提高了加工效率和梯形槽法蘭的整體位置精度，梯形槽加工中心與流道鑄造中心偏差可以穩(wěn)定控制在±0.2mm，合格率100%。

4）同一工序一次裝夾即可實(shí)現(xiàn)梯形槽與兩處螺栓過孔的同時加工，有效保證了兩處螺栓過孔連線中心和密封槽中心偏差在±0.1mm，確保了產(chǎn)品的使用性能。

5）液壓夾具的使用使該薄壁件的各部位受力可調(diào)、可控。準(zhǔn)確的定位、支撐與更牢靠的夾緊力，有效避免了加工過程中的振刀、夾緊變形等問題，有效保證了產(chǎn)品加工質(zhì)量，使原工藝在加工過程中因夾具剛性不足等原因引起的振刀紋或因產(chǎn)品受力變形而造成的尺寸不穩(wěn)定現(xiàn)象等徹底消除。

6）產(chǎn)品的綜合成品率從原來的20%左右顯著提升至95%，加工效率提升近5倍。

實(shí)踐證明，該工藝非常適合砂型薄壁鑄鐵進(jìn)水管高精度梯形槽法蘭的加工。

6 結(jié)束語

本例中的梯形槽法蘭，通過墊圈和法蘭密封面的完整接觸實(shí)現(xiàn)密封，對密封槽的形狀、位置及配合精度要求很高。特別是梯形槽加工中心與流道鑄造中心位置要求嚴(yán)格，常規(guī)的加工和找正方法難以滿足圖樣要求。優(yōu)化后的新工藝采用1臺加工中心、1套專用夾具，應(yīng)用非標(biāo)刀具結(jié)合設(shè)備的中心自動找正技術(shù)，一次裝夾完成全部加工內(nèi)容，解決了梯形槽的同心度偏差、形狀不合格及槽底振刀紋等加工問題，提升了產(chǎn)品質(zhì)量和加工效率。

針對梯形槽法蘭的加工要求，充分利用非標(biāo)刀具、液壓夾具和加工中心的自動找正技術(shù)，使原工藝的缺點(diǎn)得到有效改善，具有很好的實(shí)用性和創(chuàng)新性。