動車潔具噴嘴制造工藝分析與優化研究

徐 寧，劉思默，吳承楠

（1．福建信息職業技術學院機電工程系；2．福州精銳三合機械有限公司，福州350003）

動車潔具噴嘴制造工藝分析與優化研究

徐 寧1，劉思默1，吳承楠2

（1．福建信息職業技術學院機電工程系；2．福州精銳三合機械有限公司，福州350003）

通過對動車潔具噴嘴體加工工藝方法的研究，分析加工噴嘴過程中的工藝難題，研究產品大批量生產的解決方案，通過優化工藝路線，設計專用夾具，合理選擇刀片，選用最佳切削用量等實踐，證明該工藝方法可行，并能提高生產效率和產品合格率。

動車噴嘴；結構分析；生產工藝；優化

0 引言

動車潔具噴嘴是利用高壓水射流技術清洗動車衛生潔具的重要執行元件，它的功能不僅是使水流由高壓低速轉化成為低壓高速射流，而且保證射流具有優良的動力性能，其性能的優劣，將直接影響清洗效果。噴嘴需具備用水省、效率高、無飛濺、無污染、清潔效果好的要求和美觀耐用等特點。因此，噴嘴在結構設計、材料選擇、加工制造等方面都提出了較高的要求。

1 產品工藝分析

該產品由噴頭、噴嘴體、特扁螺母、堵頭等4個零件裝配而成。噴頭和噴嘴體的結構如圖1～2所示，噴頭通過M5螺紋孔與噴嘴體連接，噴嘴體兩側螺紋用于管路連接，堵頭和特扁螺母為標準件。

產品的主要件噴頭和噴嘴體工藝特點如下：1）噴頭為球面，要求具有較高的表面質量，噴口處內外均有錐角要求，與噴嘴體配合部分要有良好的密封性。噴頭側面有一寬0．6mm的窄縫為噴嘴出水口，線切割加工。2）噴嘴體主要加工面為φ20外圓柱面、φ17和φ11內圓柱面、兩側平面、內螺紋、側向螺紋孔等。加工噴嘴體時以毛坯一端為加工粗基準加工各個外圓柱面及內外螺紋，再掉頭切斷加工內孔。3）噴嘴體上的φ17孔與M5螺紋孔以及噴頭上的φ5．2孔與φ17外圓柱面有同軸度要求。4）噴嘴體上有4處螺紋分別為：噴嘴體上M5內螺紋讓噴嘴體與噴嘴緊固連接，與φ17孔有同軸度要求，應一次裝夾加工完成；M22x1螺紋是噴嘴體與潔具外殼連接用螺紋，其長度要求應不少于6mm；R1／4管螺紋將噴嘴體與堵頭連接起來，起到密封堵漏的作用，其長度為6．8mm；R1／8管螺紋是噴嘴體與給水管道連接用螺紋，其螺紋小徑要求為8．566mm。5）在噴嘴體φ17圓底面均布有4個φ3．5圓孔，其與φ17圓心距為5．5mm，且在鉆通處為半孔，起到導流作用，要求無毛刺，避免噴嘴堵塞。

圖1 噴頭

產品的材料選擇：該產品為一般性零件，沒有強度、硬度和耐磨性等性能要求，也無需進行熱處理，但因該產品長期在潮濕環境下工作，所以要求具備良好的防銹耐腐蝕性能，對外觀要求較高，因此選用304不銹鋼材料最佳。

圖2 噴嘴體

2 生產工藝與優化

噴嘴體與噴嘴的試制以及小批量生產的工藝路線見表1～2。

表1 噴嘴體工藝路線

表2 噴嘴工藝路線

由于噴嘴的結構比較簡單，主要加工都在數控車床上完成，只有0．6mm窄縫需在線切割機床上加工，所以大批量生產與試制工藝變化不大。但噴嘴體的結構較為復雜，零件的4個方向都有加工要求，在大批量生產過程中，要提高生產效率，降低生產成本，就必須采取工序分散的原則，從以下幾方面進行工藝優化：

10下料：由原來的一次下一件（φ25×37）改為一次下2件（φ25×68），雖然需增加一道切斷工序，但這樣減少了調頭后加工的夾持余量，夾持面增加，夾持更加穩定，生產效率提高一倍，且每個零件可節省材料2～3mm（夾持余量）。

20車削：為減少裝夾和換刀時間，優化后分成三道工序完成：一是夾持棒料一端，完成另一端φ20的表面、φ11孔和內外螺紋加工；二是調頭加工另一零件的φ20端各面，并切斷；三是加工φ25表面、φ17和M5的螺紋孔。

30銑削：噴嘴體兩側平面的銑削加工，要保證平行度裝夾找正效率較低，優化后通過簡單的夾具，采取以車代銑的方式，并可同時在車床上完成φ8．566的孔和螺紋加工，大大提高了生產效率，降低了生產成本。

40鉆孔：優化后φ8．566孔改為車床上進行，4個φ3．5小孔改在數控鉆床上加工。

優化后噴嘴體的工藝路線見表3所示。

表3 優化后噴嘴體工藝路線

3 夾具設計與優化

在加工噴嘴體兩側平面時，原加工方案中設計一套銑床夾具，如圖3所示，一次同時裝夾5個零件，銑削加工一個面后，翻轉加工另一面，由于兩個面之間有平行度要求，因此安裝找正比較麻煩，效率低，影響了生產進度。優化后的夾具，設計了兩套車床夾具，如圖4所示，分為兩道工序，以車代銑，同時完成了φ8．566的螺紋孔加工，大大提高了生產效率，降低了生產成本。

圖3 原加工方案中的銑床夾具

4 刀具選用與優化

合理選擇刀具和刀具材料是保證加工質量和效率的重要條件。由于噴嘴產品采用的材料為304不銹鋼，這種材料的強度和硬度與中碳鋼相近，但塑性、韌性較大，加工硬化嚴重，切削加工時會使切削抗力增大，加上不銹鋼導熱性差，使切削區的材料和刀具的溫度高，刀具易磨損。此外，不銹鋼的塑性大，粘附性強，容易粘刀而形成積屑瘤，使加工表面粗糙度增大，切屑不易卷曲和折斷，造成排屑困難。因此，切削不銹鋼的刀具材料應選擇熱硬性、耐磨性、導熱性、抗粘接性能好的刀具材料。

圖4 優化后的車床夾具

車削時開始選用三菱系列硬質合金UTI20T刀片加工，粗車時由于轉速較低，切削發熱少，基本能夠保證加工要求。但精加工時，隨著主軸轉速的提高，切削熱增加，這種硬質合金刀片易發生卷刃現象，且后刀面快速磨損，工件表面質量差。因此在生產過程中對刀片材料不斷進行實驗和調整，優化后精加工采用三菱系列金屬陶瓷NX4545刀片，這種刀片刀尖鋒利，耐熱性好，不易產生積屑瘤，產品表面質量好。但由于陶瓷刀片較脆，只能用于精加工連續表面的切削。

噴嘴體上有4個φ3．5的小孔，且因噴嘴導流的需要，孔的底部為半孔，這給加工帶來了很大的困難，開始采用普通高速鋼鉆頭加工時，由于半孔造成切削力偏心，鉆頭極易折斷，另外不銹鋼材料排屑比較困難，一般一把鉆頭只能鉆20～30個孔。優化后選用蘇氏鎢鋼鉆頭，這種材料的鉆頭強度好、硬度高、刃口鋒利，不易磨損和折斷，同時這種鉆頭比普通鉆頭的螺旋槽深，排屑比較流暢，采用蘇氏鎢鋼鉆頭較好地解決了半孔加工問題。

5 結語

針對動車潔具噴嘴的結構特點，在大批量生產過程中對工藝及夾具和刀具等進行優化。生產實踐表明，通過簡單的夾具設計，以車代銑的工藝改進，使生產效率提高了2倍多。刀具經過優化后，刀片的價格雖然有所提高，但使用壽命延長，表面質量提高，加工成本大大降低，產品的加工質量得到了保證。

［1］陳宏鈞．實用金屬切削手冊［M］．北京：機械工業出版社，2009．

［2］吳幼一．噴嘴制造工藝技術［C］／／中國電子學會生產技術學會機械加工專業委員會第五屆學術年會論文集（下）．北京：中國電子學會電子制造與封裝技術分會，1992．

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［4］沈娟．高壓水射流噴嘴的設計及其結構優化［D］．蘇州：蘇州大學，2014．

［5］趙亮培．高速切削加工中刀具材料的合理選擇［J］．工具技術，2009（5）：87－89．

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［7］鄭文虎．刀具材料和刀具的選用［M］．北京：國防工業出版社，2012．

The Manufacturing Process Analysis and Optimization on Sanitary Ware Nozzle of High Speed Train

XU Ning，etc．
（Department of Mechanical ＆Electrical Engineering，Fujian Polytechnic of Information Technology，Fuzhou350003，China）

Based on current pain points in the sanitary ware nozzle of high speed train manufacturing，the authors do some research and analysis on the difficult processes in manufacturing sanitary ware nozzle，and provide a solution for mass production．The new manufacturing processes are proved feasible，efficient and able to improve the production passing rate by many practices，such as manufacturing processes optimization circuits，special fixture design，blade selection，the optimum use of cutting and etc．．

high speed train sanitary ware nozzle；structural analysis；manufacturing process；optimization

TH162

A

1009－8984（2016）02－0039－03

10．3969／j．issn．1009－8984．2016．02．009

2016－03－01

福建信息職業技術學院課題（Y15104）

徐寧（1959－），男（漢），湖南長沙，副教授主要研究機械制造技術。