絕緣支撐桿澆注模機(jī)加工工藝分析與研究

隋 森

(新東北電氣(沈陽)高壓開關(guān)有限公司，遼寧 沈陽110025)

筆者所在公司生產(chǎn)的ZF15 -550 氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備(GIS)，是公司在高壓開關(guān)市場上的主打產(chǎn)品，因該產(chǎn)品具有運(yùn)行穩(wěn)定、防腐蝕性強(qiáng)、傳導(dǎo)性和抗震性好等優(yōu)點，在浙北變和雙龍變等很多工程中得到使用。而產(chǎn)品上的部件絕緣支撐桿，是通過筆者單位制造出的模具澆注成型的，見圖1。由于工件絕緣支撐桿受到澆注模具、原料配比、澆注設(shè)備及澆注工藝等諸多因素的影響，使其質(zhì)量難以保證，而在這些因素中澆注模具的質(zhì)量對工件質(zhì)量的影響是比較大的，所以通過采取合理的工藝措施來保證模具的質(zhì)量，對保障工件的質(zhì)量是很有必要的［1－2］。而圖2 模套是澆注模具最重要的組成部件，其加工質(zhì)量直接決定了整套澆注模具的質(zhì)量。筆者針對模套在加工過程中所遇到的一些問題，結(jié)合模套的結(jié)構(gòu)特點和使用性能，對其機(jī)加工工藝進(jìn)行了深入的分析和研究。

1 工藝分析

在零件加工之前進(jìn)行相關(guān)的工藝分析是很有必要的，只有弄清哪些部位是加工過程中的關(guān)鍵點，哪些加工環(huán)節(jié)容易出現(xiàn)問題，做到有的放矢，才可能設(shè)計出合理的工藝方案，并加工出合格的產(chǎn)品。

1.1 分型面分析

該模套從整體上可看成一個零件，而局部上以分型面為界分成左模和右模兩個零件。分型面是左模和右模的精加工基準(zhǔn)，只有表面平整才能使零件定位和測量準(zhǔn)確，加工出來的尺寸精度和形位精度才能滿足圖樣要求。分型面也是左模和右模合模后的裝配基準(zhǔn)，表面若是不平整會使合模間隙過大，導(dǎo)致澆注時澆注材料滯留在縫隙中而影響工件的成型質(zhì)量。

1.2 型腔、澆口和導(dǎo)柱孔分析

模套左視圖中心型腔R147.73 ×R103.53 ×R是澆注工件的成型部位，截面貫穿整個長度方向，由于該型腔是左模和右模加工后合模成型，所以在分型面結(jié)合部位難以圓滑過渡，容易在澆注工件上出現(xiàn)階梯式接痕，同時圖樣給出的表面粗糙度值Ra為0.2 μm，一般的機(jī)加設(shè)備難以達(dá)到如此高的精度。俯視圖300 ×R3×3°是模套的澆口部位，要求左模和右模的300 尺寸保持一致，這樣合模后在分型面結(jié)合部位不會產(chǎn)生錯位，而表面粗糙度也需達(dá)到較高的精度，否則澆注材料容易吸附在其表面上，難以實現(xiàn)順利脫模。主視圖2 ×φ12H7(+0.0180)孔是用于左模和右模合模的導(dǎo)柱孔，雖然圖樣沒有對導(dǎo)柱孔的孔距和相對型腔中心的位置度做出嚴(yán)格的要求，但在加工導(dǎo)柱孔時，必須保證孔距和相對型腔中心的位置度一致，否則左模和右模無法進(jìn)行合模裝配，或裝配后在分型面部位產(chǎn)生錯位。

1.3 端面和定位孔分析

從圖1 裝配圖中可以看出，模套420 mm 兩端面上的8 ×φ10H7(+0.0150)定位孔是通過定位銷8 來固定定位板7，進(jìn)而起到定位左模板10 和右模板3 的作用，所以要求各定位孔相對型腔中心的位置度必須準(zhǔn)確，否則模套與定位板無法安裝，或安裝后無法起到定位作用。420 mm 兩端面與模板的內(nèi)側(cè)面為無縫緊壓配合，要求每側(cè)端面必須平整，這樣才能保證模具使用時澆注材料不會從型腔兩端溢出而影響工件的成型質(zhì)量。

2 工藝路線的制定

制定工藝路線之前，需整體了解零件的加工工藝過程，清楚每道工序間的順序關(guān)系會對零件的加工造成哪些影響，以及遵從基面先行、先粗加工后精加工、先主要部位后次要部位等工藝設(shè)計原則來合理安排工藝路線。

由于左模和右模的外形尺寸比較大，毛坯需分別鍛造成430 mm ×260 mm ×80 mm 和430 mm ×260 mm×70 mm 的坯料。受錘鍛加工的影響，其內(nèi)部聚集了大量的應(yīng)力，為降低硬度，提高塑性，改善切削加工性能，還應(yīng)進(jìn)行退火處理。為消除粗加工時因切削力和切削熱等因素所引起的應(yīng)力變形，并穩(wěn)定零件的加工精度，調(diào)質(zhì)前需粗銑型腔和澆口部位。調(diào)質(zhì)后需磨出各平面，為后序的精加工提供定位基準(zhǔn)，型腔、澆口和導(dǎo)柱孔等重要部位的精加工由立式加工中心保證，420 mm 兩端面及其上的定位孔由臥式銑鏜床保證。由于型腔和澆口銑削后表面粗糙度值Ra無法達(dá)到圖樣0.2 μm 和0.4 μm 的要求，所以還需做進(jìn)一步的光整加工，最后進(jìn)行表面鍍鉻處理，以提高模具的使用壽命。確定了以上主要工序的工藝路線后，再綜合考慮其他相關(guān)工序的工藝要求，制定如下的工藝路線［3－4］:備料→鍛造→退火→端銑→劃線→立銑→調(diào)質(zhì)→平磨→立加→鉗→臥鏜→鉗→拋光→鍍鉻→鉗。

3 機(jī)加工工藝方法

3.1 粗銑加工工藝

毛坯經(jīng)鍛造后，六面不規(guī)整，需去除大部分的加工余量，使六面接近于零件外形尺寸。由于零件六面尺寸比較大，且屬于粗加工，機(jī)床選用加工效率較高的端頭銑床。左模75 mm 尺寸和右模60 mm 尺寸在熱處理后變形程度較大，加工時需留出足夠的精加工余量，分別留量1.2 mm 備后序的磨削加工使用。為提高加工效率及保證尺寸的一致性，應(yīng)將左模和右模裝夾在一起，同時加工出420 和250 尺寸，420 尺寸留量2 mm備后序的鏜削加工使用，250 尺寸留量0.8 mm 備后序的磨削加工使用。

由于模套的型腔和澆口加工量較大，調(diào)質(zhì)之前還需進(jìn)行粗加工，經(jīng)劃線后可選用普通立式銑床進(jìn)行加工，加工完后零件的形狀發(fā)生變化，會在調(diào)質(zhì)后發(fā)生較大的應(yīng)力變形，在粗加工時應(yīng)留出足夠的精加工余量，單側(cè)留量3 mm 備后序的精銑加工使用。需要注意的是，不可將模套的型腔和澆口的粗加工安排在調(diào)質(zhì)后進(jìn)行，否則容易導(dǎo)致刀具切削大量具有調(diào)質(zhì)硬度的材料，降低刀具的使用壽命，同時由于熱處理的淬透性原因，粗加工后型腔的表面材料硬度明顯降低，不利于模具的長期使用，最主要的是因粗加工時切削去除量較大，加工后分型面會發(fā)生應(yīng)力變形，容易造成平面度超差，導(dǎo)致合模后在分型面部位產(chǎn)生較大縫隙而影響模具質(zhì)量。

3.2 磨削加工工藝

零件經(jīng)過熱處理后表面布滿氧化皮，并存在一定程度的變形，需通過磨削來提高各面的尺寸精度、形位精度和表面質(zhì)量，為后序提供精加工基準(zhǔn)［5］。左模的250 mm×75 mm 四面和右模的250 mm ×60 mm 四面選用平面磨床加工，而420 mm 兩面超出平面磨床高度方向加工行程，需通過后序的鏜削來完成。由于零件經(jīng)過調(diào)質(zhì)后，左模75 mm 兩面和右模60 mm 兩面的變形方向總是趨近于型腔的弧度方向，即分型面呈凹陷狀態(tài)，背面呈凸起狀態(tài)，所以在磨削75 mm 兩面和60 mm 兩面時，應(yīng)先將分型面朝下放置在工作臺面上，磨削出背面，然后再以加工過的平面為基準(zhǔn)磨削出分型面，這樣的加工順序，既可保證電磁吸盤能夠吸牢零件，使零件在磨削過程中保持平穩(wěn)，也可保證兩面的平行度和分型面的平面度，如果將兩面的加工順序顛倒，則難以保證上述形位精度。

磨削250 mm 兩面時，先用夾具裝夾左模的75 mm 兩面和右模的60 mm 兩面，保證兩面與工作臺面垂直，分別磨削出250 mm 的一面，然后將左模和右模共同放置在工作臺面上，以磨削過的一面為基準(zhǔn)，同時磨削出另一面，這樣加工完后左模和右模的250 mm尺寸保持一致，裝配后不會在分型面部位產(chǎn)生錯位。

3.3 精銑加工工藝

由于模套的型腔、澆口尺寸精度和表面質(zhì)量高，導(dǎo)柱孔位置精度要求嚴(yán)格，對合模后的裝配質(zhì)量起著關(guān)鍵性作用，所以精銑應(yīng)選擇立式加工中心能更好地保證這些重要部位的加工質(zhì)量。根據(jù)型腔和澆口部位圓弧線較多、表面粗糙度值小及表面材料硬度不高等特點，精銑刀具選用高速鋼球型銑刀。

加工前需建立實體模型圖并進(jìn)行編程，將生成的數(shù)控程序輸入機(jī)床進(jìn)行加工。加工時零件的分型面朝上，用百分表沿250 mm 兩面進(jìn)行找正，誤差控制在0.01 mm 以內(nèi)，之后用壓板壓緊，為防止分型面上出現(xiàn)壓痕，應(yīng)在壓板下面墊上銅皮。操作者在零件的分型面上尋找橫向中心線和豎向中心線的交點，該點既為機(jī)床的坐標(biāo)原點，亦為程序的坐標(biāo)原點，這樣可以保證設(shè)計基準(zhǔn)與制造基準(zhǔn)重合，減小加工誤差，然后按編制好的程序，在一次裝夾中加工出型腔、澆口和導(dǎo)柱孔等部位。需要注意的是，不可在一道工序中進(jìn)行多次裝夾或分多道工序加工這些部位，否則在兩次裝夾中易產(chǎn)生較大的位置誤差而影響加工質(zhì)量。為提高表面質(zhì)量，在加工過程中要不斷地供給冷卻液，以抑制零件表面溫度升高及解決熱損傷問題，加工后型腔和澆口的表面粗糙度值Ra要求達(dá)到0.8 μm，為后序的拋光做好底面基礎(chǔ)。

3.4 鏜削加工工藝

澆注模具在使用上要求模套420 mm 兩端面必須平整，其上的定位孔相對型腔中心的位置度也必須準(zhǔn)確，若通過采取對左模和右模進(jìn)行單獨加工，會因兩者存在加工誤差而致使合模后難以保證上述形位精度，所以可將兩者合模裝配后，選用臥式銑鏜床進(jìn)行整體加工，這樣就能很好地保證這些部位的加工質(zhì)量。

加工前由鉗工將導(dǎo)柱過盈裝配到左模的導(dǎo)柱孔中，再與右模合模裝配，并用螺栓緊固，此時兩者已形成一個整體零件。加工時將135 mm 的一面平行工作臺面放置在夾具上，以250 mm 兩面進(jìn)行找正，誤差控制在0.01 mm 以內(nèi)，由于合模后分型面已無法作為定位和測量基準(zhǔn)，所以可選用端面的型腔幾何中心為機(jī)床坐標(biāo)原點，按計算好的各定位孔相對原點的坐標(biāo)尺寸，在一次裝夾中加工出420 mm 兩端面及其上定位孔等部位。需要注意的是，不應(yīng)將250 mm 的一面放置在工作臺面上進(jìn)行裝夾加工，一方面由于這種定位方式不是以大面作為基準(zhǔn)，加工出來的零件誤差會較大，另一方面由于零件受到壓板壓緊力和刀具切削力的作用，會使分型面處于受拉應(yīng)力狀態(tài)，可能會在該部位產(chǎn)生縫隙而影響加工質(zhì)量。

4 檢測樣板工藝設(shè)計

因左模和右模的型腔由多處圓弧連接成型，常用的量具難以檢測，準(zhǔn)確性也得不到保證，所以筆者依據(jù)檢測樣板與被檢零件間類似于過渡配合關(guān)系的這種特點［6］，設(shè)計出圖3 左模樣板圖和圖4 右模樣板圖。樣板作為一次性使用測量工具，不要求具有較高的硬度和耐磨性，材料可選常用的Q235 鋼板，而樣板在使用上要求厚度不可太厚，否則測量的準(zhǔn)確性難以保證，厚度也不可太薄，否則在加工過程中容易發(fā)生變形而影響精度，厚度為2 mm 即可。兩面經(jīng)過平磨后用線切割機(jī)床加工出全形，并用三坐標(biāo)測量儀對樣板進(jìn)行檢測，經(jīng)檢驗合格的樣板即可作為有效量具使用。為提高樣板的測量精度，使用前還需由鉗工將樣板的測量處倒成C1.5 角，使用時可借用塞尺或用光隙法進(jìn)行檢測。

5 結(jié)語

按以上的工藝路線和工藝方法加工完模套后，型腔、澆口的尺寸精度和表面質(zhì)量完全滿足圖樣的要求，左模和右模合模后，型腔在分型面結(jié)合部位能夠圓滑過渡，420 mm 兩端面的平面度及其上定位孔的位置度也滿足圖樣的要求。鉗工按照裝配圖的各項技術(shù)要求將模套和其他零件進(jìn)行總體裝配，并在絕緣澆注生產(chǎn)線上進(jìn)行模具的試澆驗證，澆注時澆注材料沒有從型腔兩端溢出，澆注出的工件在分型面部位沒有出現(xiàn)夾雜余料，型腔結(jié)合部位沒有出現(xiàn)階梯式接痕，各項尺寸經(jīng)過檢測也完全合格，從而驗證了整套澆注模具的質(zhì)量也是合格的，同時說明在模套加工過程中所采取的工藝措施是行之有效的，為今后該種結(jié)構(gòu)類型零件的加工提供了一定的借鑒價值。

［1］隋森. 盆式絕緣子澆注模機(jī)加工工藝研究［J］. 高壓電器，2013，49(5):134 －139.

［2］武友德.模具設(shè)計與制造［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2006.

［3］陳宏鈞.實用機(jī)械加工工藝手冊［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2009.

［4］原北京第一通用機(jī)械廠.機(jī)械工人切削手冊［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2009.

［5］隋森. 環(huán)氧樹脂真空澆注生產(chǎn)線混料罐活塞缸加工工藝研究［J］.高壓電器，2013，49(6):109 －112.

［6］張美蕓，陳凌佳，陳磊.公差配合與測量［M］.北京:北京理工大學(xué)出版社，2010.