劉 強，王 沖，李 博

(西安現(xiàn)代控制技術(shù)研究所，陜西 西安 710065)

某型彈計支架結(jié)構(gòu)特別，由于缺乏加工經(jīng)驗，在工藝準(zhǔn)備和生產(chǎn)過程中都存在一定的困難。經(jīng)過幾輪生產(chǎn)試制，逐漸摸索并總結(jié)出一套成熟工藝，解決了加工難題。此工藝案例形成的工藝方法對于同類型結(jié)構(gòu)的機械加工產(chǎn)品具有一定的參考價值。

1 支架的工藝性分析

1.1 支架的結(jié)構(gòu)特點

支架采用鋁合金材料，H型結(jié)構(gòu)易變形，剛性差，由于存在一組由軸心平行向外發(fā)散的螺紋盲孔4×M3深5(見圖1)，沒有專用工裝輔助，難以通過常規(guī)方法實現(xiàn)該產(chǎn)品的加工過程[1]。

圖1 支架

1.2 支架的螺紋孔精度

從產(chǎn)品組裝來看，通過外徑的向心螺紋孔連接艙體固定，此處螺紋需要較高的向心重合度，鉆孔后攻絲存在一定的難度，手攻容易歪斜，采用攻絲機則需要專用方法指導(dǎo)操作[2]。加工由軸心平行向外發(fā)散的螺紋盲孔的底孔及攻絲也存在螺紋與理論方向的重合度，不能歪斜。

1.3 工藝設(shè)置難度

從工藝的可操作性方面考慮，此產(chǎn)品的外形、內(nèi)型及各孔系的加工難以一次裝夾加工成型，需要在工藝方案中考慮至少分成2道工序?qū)崿F(xiàn)加工，2道工序之間的二次定位誤差應(yīng)控制在合理的波動范圍。二次定位所采用的工裝設(shè)計難度較大，選擇工藝定位基準(zhǔn)也需要臨時增加工藝定位孔和定位面。

2 支架的機械加工工藝方案

2.1 工藝方案

為了取得合理可行的工藝方案，通過細(xì)化工序劃分，完善相應(yīng)的工藝參數(shù)要求以優(yōu)化部分工藝設(shè)置環(huán)節(jié)，形成了用于指導(dǎo)此支架機械加工的工藝流程[3](見圖2)。

圖2 支架機械加工工藝流程圖

2.2 方案說明

專用工裝由最初的6種精簡為現(xiàn)在的4種，與工藝設(shè)置同步優(yōu)化改進。優(yōu)化主要體現(xiàn)在線切割工序，之前需要定位芯軸和單獨的定位塊配合定位板同時使用，相對來說比較繁瑣，定位精度也不穩(wěn)定?，F(xiàn)在采用定位板和工件上定位孔對應(yīng)的配合定位法，能夠有效提高定位精度，刪減了2個專用工裝的工作量。新的定位方法在加工中心工序增設(shè)了3個定位小孔的加工，線切割工序在定位板上切出2個定位孔即可達到穩(wěn)定的定位效果。

工藝參數(shù)方面主要細(xì)化了鉗工攻絲時需要墊起的墊塊高度，此處是向心螺紋孔，采用攻絲機單件攻絲方式，由于采用了這個高度參數(shù)，明顯提高了攻絲質(zhì)量和加工效率。另外，還細(xì)化了鉗工校形的具體要求，使工件的施壓變形控制在一定范圍內(nèi)，避免了校形缺陷。

通過合理排料，一件毛坯加工3件成品，支架的車工序、加工中心工序、熱處理工序、線切割工序均為3件合一的整體加工，至鉗工序和表面處理工序才分成單件加工。

2.3 具體方案

具體方案如下。

1)下料：鋁合金管料。

2)車(見圖3)：a.平端面，外圓見光，粗車內(nèi)孔；b.掉頭夾正，車總長留量，外圓見光；c.精車內(nèi)孔；d.調(diào)頭車總長；e.上芯軸、壓板壓緊工件，車外圓；f.去毛刺[4]。

圖3 車工序圖

3)加工中心(見圖4)：a.按工序圖夾正工件，鉆3×φ4均布；b.上專用芯軸和壓板，以內(nèi)孔、φ4孔及大端面定位，銑上下凹口，每個圈銑3件成品，不要銑透，3等分處留筋以控制變形；c.鉆4×M4-7H底孔φ3.3深8.5，鉆2×M3-7H底孔φ2.5深8.5；d.去毛刺。

圖4 加工中心工序圖

4)熱處理：人工時效。

5)線切割(見圖5)：a.上胎板留出工件待切部位空位，切2處定位孔2×φ4，孔間距112.58±0.015，切主視圖外形，首件測量孔邊距對稱度及壁厚尺寸，調(diào)整合格后繼續(xù)；b.去油污。

圖5 線切割工序圖

6)鉗：a.攻絲機工作臺用鉗工墊塊墊起高度77.5，攻絲4×M4-7H，2×M3-7H，保證垂直度，勿攻斜(見圖6)；b.上鉗工墊塊(見圖7)，以外圓弧R、寬筋及3個定位銷定位，上鉆模及壓板固定工件，鉆底孔并攻絲4×M3-7H深5；c.修光銑工殘留4處R2，去工件殘留毛刺；d.校形，檢查孔距尺寸A±0.1和B±0.1，采取小皮榔頭輕砸工件變形部位以滿足公差要求。注意：禁止用皮榔頭砸中間的加強筋，主要校形點在工件兩側(cè)R正中；掌握力度，控制校正尺寸波動范圍為±0.5，避免反復(fù)校正，零件表面不得出現(xiàn)裂紋。

圖6 攻絲機攻絲示意圖

圖7 鉗工墊塊使用示意圖

7)表面處理：Ct·Ocd(WJ 1358—1982)。

3 工裝

3.1 芯軸

支架芯軸(見圖8)以工件內(nèi)孔和端面為基準(zhǔn)定位，同時在芯軸配合端面上設(shè)計一個定位孔插入定位銷與工件坯料連接，可以限制其旋轉(zhuǎn)；然后上壓板壓緊使用，能在車工和加工中心工序獲得穩(wěn)定的加工質(zhì)量[5]。

圖8 芯軸和壓板

3.2 線切割胎板

線切割胎板(見圖9)上只需要切出2個定位孔，然后插入定位銷定位即可滿足線切割工序的加工尺寸要求。

圖9 線切割胎板

3.3 鉗工墊塊

以支架外圓弧和加強筋定位，設(shè)計了鉗工專用墊塊(見圖10)，主要有2個用途：1)墊塊上的尺寸77.5與攻絲機墊起工件的高度相符，可以保證攻絲垂直度；2)作為鉆攻4×M3深5的定位輔具[6]。

圖10 鉗工墊塊

3.4 鉗工鉆模

加工由軸心平行向外發(fā)散的盲孔螺紋4×M3深5(見圖1)需要使用定位輔具鉗工墊塊，對于單件小批量可以劃線加工，對于中、大批量采用鉆模加工效率更高[7]。鉆模(見圖11)由鋁合金的鉆模體和淬火鉆套組成。鉆套外圓與鉆模體上4×φ6過盈配合，鉆套內(nèi)孔φ2.5用于鉆螺紋M3的底孔。

圖11 鉆模

4 檢具

檢具用于加工中心工序的工件孔距及角度尺寸的測量，此時工件基本不變形，具備良好的測量條件[8]。該檢具(見圖12)以半成品的外圓、端面和定位銷定位，通過插在檢具外圓上的專用帶沉頭的光滑柱銷與檢具內(nèi)孔里的工件螺紋底孔試配，模擬零件與艙體裝配的過程，簡化了檢驗方式，大幅提升了檢驗效率。

圖12 檢具

5 關(guān)于工件變形的控制

5.1 切割內(nèi)型成單件的尺寸變形控制措施

線切割機床一般采取直徑0.2 mm的鉬絲進行放電切割加工，這會在工件坯料上形成0.2 mm寬的狹縫，對于變形小的工件其尺寸基本不受影響，而對于剛性差、變形大的工件來說，縫隙的存在直接會導(dǎo)致工件尺寸波動0.2 mm，當(dāng)零件的幾何公差小于0.2 mm時就容易產(chǎn)生超差品[9]。針對這種情況，可以采取如下措施進行預(yù)防：1)準(zhǔn)備15×10×0.2 mm(厚)的銅皮條，也可根據(jù)工件外形尺寸臨時裁剪；2)確定工件易變形部位，一般為2處(見圖13)；3)當(dāng)鉬絲切過工件的1處易變形部位后停機，將銅皮塞入該易變區(qū)的坯料縫隙中，然后啟動機床繼續(xù)加工，一般塞入1處即可。采用這種辦法加工的產(chǎn)品雖然仍存在變形，但其外形尺寸基本不受鉬絲縫隙的影響，避免了0.2 mm的波動。

圖13 線切割工序示意圖

5.2 個別工件的校形

依照本案例所述工藝加工，通常都能將變形控制在一定范圍內(nèi)以滿足零件公差要求[10]。但由于材料應(yīng)力的波動偶爾會導(dǎo)致個別工件變形略大，可以采用規(guī)定的方法來校形(見圖14)，敘述如下：經(jīng)過線切割工序后，坯料分成了單件產(chǎn)品，其變形量可以通過鉗工校形來控制。校形采取小皮榔頭輕砸工件變形部位以滿足公差要求，禁止用皮榔頭砸中間的加強筋，主要校形點在工件兩側(cè)R正中，控制校正尺寸波動范圍為±0.5 mm，避免反復(fù)校正。為了控制校正尺寸波動范圍為±0.5 mm，需要采用尼龍棒輔助，尼龍棒的長度大于工件寬度，放置于工件下方內(nèi)圓弧里，其外徑尺寸應(yīng)根據(jù)工件校形的工藝試驗數(shù)據(jù)確定。當(dāng)給工件施壓時，其內(nèi)弧面與尼龍棒外徑接觸，一方面能控制校正尺寸波動范圍在±0.5 mm內(nèi)，起到校正工件的作用，另一方面可以避免因為施壓過大而導(dǎo)致工件塑性變形超出范圍。

圖14 支架校形

6 工藝應(yīng)用效果

工藝研究是循序漸進的，中途進行了幾次改進，產(chǎn)品合格率得到了穩(wěn)步提升，其效果如圖15所示，目前合格率穩(wěn)定在98%，達到了預(yù)期的目標(biāo)。

圖15 支架產(chǎn)品合格率

7 結(jié)語

上述內(nèi)容分別從工藝性分析、工藝方案、工裝、檢具、工件變形控制等方面介紹了某彈計支架工藝案例，通過解決特殊螺紋孔的加工和工件變形控制等主要工藝問題，達到控制和保證產(chǎn)品質(zhì)量的目的，對于類似結(jié)構(gòu)和相同材料的零件加工具備一定的參考價值。