大直徑薄壁鋁合金圈的加工

齊齊哈爾二機床（集團）有限責任公司 （黑龍江 161005） 尹相輝

1. 大直徑薄壁鋁合金圈加工難點分析

大直徑薄壁鋁合金圈在垂直于圓周上進行鉆孔是機械加工中經(jīng)常面臨的情況。目前大都采用大型機床加上附件加工此類零件，原因主要有以下幾方面：

（1）大直徑薄壁鋁合金圈直徑通常在6m左右，在水平放置的情況下，一般設(shè)備的加工范圍達不到。

（2）若工件豎直放置，則需要借助大型工裝，即5m以上的彎板（成本高、制造周期長），將其小心吊裝并把合在彎板上，利用臥式銑鏜床配合機床附件進行加工，但是由于高度所限，也只能加工機床行程范圍內(nèi)的孔（機床主軸箱無法開到工件圓周的最高點和最低點），即只能先加工工件圓周水平方向上的孔，這些孔加工完成后還需卸下工件，轉(zhuǎn)動工件的角度，讓豎直方向待加工的孔轉(zhuǎn)到水平位置，需要反復找正、安夾，操作非常不便。

（3）大直徑薄壁鋁合金圈沿圓周均布著由內(nèi)向外的階梯孔，如果機床主軸從工件的外圈進刀，那么工件內(nèi)側(cè)的沉孔在加工時就需要反鏜加工，操作起來比較困難。盡管如此，在整個加工過程中，由于工件的直徑非常大，壁厚很薄，高度很小，工件本身的變形量很大，導致安夾與找正非常困難。由于工件豎直放置，加工時也會造成工件變形，加工出的圓周上均布孔的孔距誤差也很大，而且也占用了車間的重點設(shè)備和過多廠地，同時也必然造成工時和人力的大量支出。

經(jīng)過設(shè)計部門、工藝及質(zhì)量部門的反復研討、論證，最終決定放棄上述加工方案，即不采用大型設(shè)備或工裝，重新擬定一套新型設(shè)計、加工方案。

2. 技術(shù)方案的創(chuàng)新

應(yīng)用新技術(shù)方案并附以一種裝置可解決加工難點問題。

此技術(shù)方案的設(shè)備組成包括：附圖所示的大直徑薄壁鋁合金圈和搖臂鉆、調(diào)整墊鐵和基礎(chǔ)平臺以及輔助轉(zhuǎn)動裝置。

此技術(shù)方案的工藝特點為：如附圖所示，用一臺搖臂鉆替代大型龍門銑床或落地銑鏜床，預制6個基礎(chǔ)平臺（單個尺寸為1 650mm×1 300mm×500mm）或2個大平臺（單個尺寸為5 500mm×1 650mm×500mm），左右擋距為2 830mm，工件水平調(diào)運，垂直放落在輔助轉(zhuǎn)動裝置上，并用其將工件定位；用調(diào)整墊鐵對基礎(chǔ)平臺進行找平；劃線鉗工對工件上所有待加工的階梯孔按工件圖樣進行劃線；上下微調(diào)搖臂鉆主軸中心與待加工的階梯孔中心之間的偏差；旋轉(zhuǎn)工件，逐個鉆削和反劃工件所有徑向上的孔。

3. 具體操作過程

該方案的具體操作過程如下：

（1）先將輔助轉(zhuǎn)動裝置按照附圖所示鋁合金圈工件的外圓直徑大致在圓周上水平均布放置，將搖臂鉆床放置在工件內(nèi)圈里，用天車把工件垂直落在事先放好的輔助轉(zhuǎn)動裝置上，確保工件的下端面與輔助轉(zhuǎn)動裝置中件10（支架1）上的件12（軸承1）都接觸。

加工裝置圖

（2）分別調(diào)整輔助轉(zhuǎn)動裝置中的各件，盡量讓工件外圓面與輔助轉(zhuǎn)動裝置上的件3（軸承2）都接觸，倘若發(fā)現(xiàn)某件處接觸不好時，松開件8（螺栓1），沿腰形槽前后調(diào)整件4（支架2），用件6（擋柱）上的件5（螺栓2）把件10（支架1）上的件3（軸承2）與工件外圓面靠緊，擰緊件8（螺栓1）完成工件裝夾。用調(diào)整墊鐵對基礎(chǔ)平臺進行找平，并對工件所有徑向上的孔按圖樣尺寸進行劃線、打點。

（3）上下微調(diào)搖臂鉆床的主軸箱、圓周旋轉(zhuǎn)工件，如附圖中箭頭所示，令鉆頭刀尖與已經(jīng)劃好線的孔中心點重合，至此操作者可以對工件上的第一個孔進行鉆削，完成一個后，旋轉(zhuǎn)工件，逐個對應(yīng)位置鉆削剩余所有待加工孔。

以上操作過程只需一個工人就可以轉(zhuǎn)動工件并進行準確的劃線，并利用固定位置的小型搖臂鉆床進行鉆孔和擴孔，完成整個加工過程。

4. 結(jié)構(gòu)可行性校核與計算

工件尺寸：直徑6 000mm、高度120mm、壁厚40mm；工件材質(zhì)為硬質(zhì)鋁合金，密度為2.7×10-6kg/mm3。計算得出工件質(zhì)量=〔π×（6 000÷2）2×120－π×（5 920÷2）2×120〕× 2.7×10-6= 242.5（kg）。

軸承選型定為深溝球軸承6004，查表得其基本額定靜載荷為5.02kN。深溝球軸承的滾動摩擦系數(shù)μ=0.001～0.001 5。在此方案中，共有10個軸承受徑向力，重物平均在每個軸承上的載荷為（242.5÷10×9.8）÷1 000=0.24（kN）＜5.02kN，說明支撐強度足夠。所以，此方案也能夠滿足比現(xiàn)有工件質(zhì)量大20倍（約為5t）零件的加工。

5. 新加工方案的優(yōu)勢

（1）不采用大型設(shè)備或工裝。應(yīng)用圓柱滾子軸承的工作原理，操作前讓工件的底面與外圓分別接觸加工裝置的水平和豎直方向軸承，操作時用較小的力就可推動鋁合金圈轉(zhuǎn)動，便于鉗工劃線，能夠比較準確地劃出待加工孔的位置，避免了工件在豎直彎板上反復進行拆卸、找正及安夾的困難。

（2）工件水平放置，在輔助轉(zhuǎn)動工件機構(gòu)的支撐上進行轉(zhuǎn)動，只需操控一臺固定位置的小型搖臂鉆床，即可循環(huán)加工鋁合金圈圓周分布的孔，無需動用大型設(shè)備，避開了大型機床加工此類零件時機床加工范圍不夠的問題，也避免造成人力、物力的大量消耗。

（3）大直徑鋁合金圈工件均布著垂直于圓周的由內(nèi)向外的階梯孔，將固定位置的小型搖臂放置在工件的內(nèi)圈里，由內(nèi)向外鉆孔，鉆透后可直接換鉆頭（擴孔鉆），實現(xiàn)擴孔，降低了機床主軸從工件的外圈進刀、在加工階梯孔時反拉擴孔所造成的操作難度。

6. 結(jié)語

通過現(xiàn)場試驗，大直徑薄壁鋁合金圈只需2人即可完成加工，加工效果良好，操作簡單，裝配效率高，節(jié)省資源。由于此方案也能夠滿足比現(xiàn)有工件質(zhì)量大20倍（約為5t）零件的加工，所以該工藝方法同樣適用于加工更大質(zhì)量的環(huán)形零件，比如高度更大的薄壁筒形工件。

[1] 蔡春源，汪愷，等. 機械設(shè)計手冊[M]. 北京：機械工業(yè)出版社，2000.

[2] 余光國，馬俊. 機床夾具設(shè)計[M]. 重慶：重慶大學出版社，2005.