復雜曲面高精度密封板制造工藝研究

尤 寶，朱瑞和，袁亞民

（洛陽雙瑞特種裝備有限公司，洛陽 471000）

復雜曲面高精度密封板制造工藝研究

尤 寶，朱瑞和，袁亞民

（洛陽雙瑞特種裝備有限公司，洛陽 471000）

介紹了采用MASTCANE軟件進行復雜曲面高精度密封槽板的加工方法，并結合實際產品的加工，給出了如何從三維模型到實際產品的生產制造過程，并對過程中出現的問題進行了匯總分析，對過程中關鍵加工環節提出了合理的解決方法，通過實例的操作實施，提供了簡單可行的方法路徑。

曲面部件；密封槽板；數控加工；MASTCANE

0 引言

數控技術是機械加工現代化的重要基礎和關鍵技術。隨著數控機床的廣泛應用，大幅度地縮短了產品的制造周期，提高了產品的加工質量和生產率[1]，但是對于一些形狀復雜零件的加工，常規的加工方法很難實現對密封槽的加工與精度控制。

1 曲面密封板結構設計與分析

曲面密封板是我公司設計的模具成型專用成型板，該密封板上下呈現梯形結構，其中上邊緣寬度629mm，下邊緣寬度557mm，總高度1208mm，板厚50mm，邊緣一圈厚度為34mm。密封板凸面為錐體圓弧面，凹面為線型結構面，同時凹面中心有密封臺階面與最終模具配合，臺階面邊緣為密封槽，具體如圖1所示。

2 曲面密封板加工方案研究

針對密封板的結構特點，對異形高精度密封板進行了數控加工工藝方面的深入研究，充分了解其使用條件后，對整體加工進行了工藝試驗。

2.1 密封板在制造過程中存在難點分析

1）密封板屬于薄板結構，為避免熱處理變形，實際密封板凹、凸面鑄造余量設計較大，加工過程中，隨著加工余量的減少和工件殘余應力的釋放，工件極易變形；

2）鑄造毛坯件件由于前期未設計鑄造加工定位基準塊，造成后期加工基準不容易找到，找正困難；

3）密封槽的精度要求較高，槽底與槽兩側表面粗糙度要求1.6，同時密封槽的槽底與側面有清根隨形要求，加工難度增大；

4）由于密封板為弧面線型表面，整個加工過程中尺寸測量只能檢測寬度與高度，對于弧面線型與密封槽的位置檢測，密封槽與弧面得垂直誤差，無法通過常規的測量方式檢驗。

2.2 數控加工工藝分析

根據密封板尺寸大小，結合目前常用數控加工中心，尋找經濟性較高的加工方式，在保證整體加工周期的同時，對整個工藝進行了優化設計。

由于密封板凹面加工區域復雜，涉及垂直凹面法向密封槽，線形密封臺階面，法向密封面定位螺栓孔，法向密封面導向孔等加工要素，整體表面加工精度要求較高，必須一次完成精加工。為保證產品的制造周期，減少原材料浪費，提升效率，前期采用NC EDIT和MASTCAM2017對數控加工過程仿真，對刀具的選擇、加工走刀路線、進退刀方式、刀具軌跡、刀具與約束面是否發生干涉與碰撞等項目進行了模擬加工，完成后根據鑄造毛坯量生成了粗加工、半精加工、精加工加工程序，該軟件生成的程序可直接輸入機床進行加工，具體如圖2～圖5所示軌跡。

圖1 曲面密封板圖紙

圖2 NC Edit軟件仿真密封板凹面數控加工（粗加工）刀具軌跡

圖3 MASTCAM軟件內型面密封內槽投影加工仿真模擬

圖4 MASTCAM軟件凹面精加工仿真模擬

圖5 MASTCAM軟件定位螺栓孔加工軌跡模擬

2）在密封板加工前，重新對密封板進行定位基準的制作，即加工100mm×50mm×50mm工藝定位塊，將密封板在加工中心初步找正后，確定加工平面A、B、C、D四點坐標，如圖6所示，劃線確定坐標原點，完成后在E、F兩側邊緣等距離焊接4個工藝凸塊，間距為400，同時要求四塊工藝定位塊距離凹面邊緣線20mm。

圖6 密封板焊接定位工藝塊位置示意圖

3）實際制造過程中，考慮到密封板加工厚度的減薄（最薄處達到34mm），導致密封板中心區域受切削力增大，加工過程中容易造成變形，需要在裝夾過程中對密封板中心區域背面進行支撐，具體如圖7所示，并隨著加工余量的減少，逐漸卸載裝夾工裝壓緊力，保證加工過程中應力的逐步釋放，隨著裝夾壓緊力的減小，需要調整減小刀具進給量，整個加工過程避免一次裝夾完成最終精加工。

圖7 密封板加工過程裝夾與支撐

4）在刀具選擇方面，根據工件材料和加工圖紙要求，選擇合適刀具。型面粗加工主要使用D42R5圓鼻刀、D20R5圓鼻刀，精加工主要使用D32的可換柳葉刀片球頭刀。

5）密封板的加工包含粗加工與精加工，主要加工包括頂面型面加工與外側型面加工，完成后對密封板裝夾工裝拆解，重新找正后，將凸朝上放置，加工凸面上表面，為保證變形量最小與應力釋放，該工序需反復多次進行加工，粗加工件與精加工件如圖8、圖9所示。

圖8 密封板凹面粗加工與

圖9 密封板精加工成品

6）在檢測方面，為保證整體精度，檢測采用三維激光掃描進行測量，并通過與理論準確模型進行對比，最終形成變形云圖，對關鍵部位（密封槽）進行精度檢測，得出關鍵位置點的誤差數據。粗加工過程中余量與變形三維掃描檢測誤差分析圖如圖10、圖11所示。

圖10 粗加工密封板正面三維掃描誤差檢測

圖11 粗加工密封板背面三維掃描誤差檢測

3 結論

通過研究密封板結構要求及使用要求，對提供的毛坯件進行分析后，通過數控虛擬加工工藝仿真與合理的基準選擇和裝夾相結合，檢測采用傳統卡尺測量與光線三維掃描相互結合，最終制定了完善的加工工藝路徑，經過實際產品的加工驗證，產品精度滿足要去，產品研制一次成功。

結合本次密封板的加工試驗研究，后期密封板將采用精密鑄造，減少密封板各加工面余量，在鑄造過程中，對密封板建議增加定位基準塊的鑄造，來提升產品制造效率，進一步減低產品的制造成本。

[1] 周立波,李厚佳,基于UG的加工仿真及后置處理器的開發[J].制造業自動化,2009(02):47-50.

Study on manufacturing technology of high precision seal plate with complicated surface

YOU Bao, ZHU Rui-he, YUAN Ya-min

TH164

：B

1009-0134(2017)07-0043-03

2017-05-03

尤寶（1986 -），男，甘肅武威人，工程師，本科，研究方向為機械產品設計及制造。