某薄壁殼體件加工質量優化及效率提升

李旭立，張超超，王哲，王興

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某薄壁殼體件加工質量優化及效率提升

李旭立，張超超，王哲，王興

（陜西漢德車橋有限公司，陜西 西安 710201）

文章從某薄壁殼體件的工藝質量問題分析入手，闡述其加工方案和工藝流程，對每一步加工工序進行詳細的介紹。結合產品結構特點及關鍵重要尺寸精度要求，通過對各工序產品質量關聯性及生產組織中面臨的實際問題系統分析，在關鍵工序設計及改進了兩套實用液壓工裝，使產品質量有效改善，生產效率明顯提升。

薄壁殼體；過程質量；液壓工裝；效率提升

引言

車橋是汽車的主要組成部分,它的作用是為汽車提供支撐、動力傳遞及剎車制動等。該薄壁殼體件是車橋的主要組成零部件之一，起著為貫通軸提供準確安裝位置和保證整橋密封的關鍵作用，直接關系到整橋運行噪音及壽命等關鍵技術參數。因此該薄壁殼體件從鑄造、機加工到整橋裝配都有嚴格的技術標準要求。

1 工藝難點及存在問題

1.1 工藝難點

該殼體件機加過程主要為兩步工序：10銑面、鉆孔→20復合加工，使用設備均為立式加工中心。某型薄壁殼體件產品圖樣如圖1所示，10工序中由于銑面區域為為薄壁環形區域，最薄處僅16mm，易產生銑面振動或導致平面度超差，嚴重影響整橋安裝后的密封性。20工序工裝為四點支撐，由于被支撐面的平面度偏差或壓緊點與支撐點的不重合，工件易產生壓緊變形，導致與相配件的安裝定位孔孔距加工超差，嚴重地將會影響到相配件的安裝位置，增加橋總成運行噪音，降低橋總成使用壽命。

1.2 存在問題

該薄壁殼體件生產線瓶頸工序為20工序，該工序均為手動工裝，平均每次裝卸工件需90s以上，手作業時間過長是制約整線產能提升的關鍵因素。并且，該線常加工三類薄壁殼體件，三類殼體件結構類似（分別如圖2、圖3、圖4所示），但產品外形尺寸及工裝定位尺寸差異較大，且20工序換產頻次高，平均每兩個工作日換產一次，平均每次換產時間約為2小時，換產停機等待時間浪費也是影響生產效率的重要環節。

圖1

圖3 Ⅱ型

圖4 Ⅲ型

2 解決方案

2.1 OP10工序液壓工裝優化

該殼體件銑面區域固有的薄壁特性易導致銑削面平面度超差或銑削過程振動，通過千分表頭對現液壓工裝壓緊全過程的測量發現，角向側輔支缸的頂緊變形是導致平面度超差的直接原因，最大頂緊變形0.12-0.15mm。下側輔支缸支撐力過小是導致銑削振動的主要原因[1]。

經對角向油路液壓原理圖的分析，結合現有工裝的改造難度，優化角向側輔支缸座結構[2]（如圖5），增加減壓閥（如圖6），將角向側輔支缸的動作壓力由4MPa降低到1.5MPa，角向輔支缸缸徑為25mm，查閱該油缸推出行程時推力計算公式為：

F=πR2P

改進前推力：F1=3.14×12.5 mm2×4.0MPa =1.960kN

(3)通過計算得到不同葉片數攪拌槳的混合室中單位體積混合能，分析對比得到混合效率最高的為5葉片攪拌槳，其中3葉片和4葉片的攪拌槳混合效率相當。

優化后推力：F2=3.14×12.5 mm2×1.5 MPa =0.735kN

圖5

圖6 角向頂緊力減少1.225 kN，降低62.5%，從而使得頂緊變形也縮小約60%，實測頂緊變形僅0.03-0.04mm。 另一個重要的技術難題是：長江屬于多泥沙河流，雖然含沙量不算大，但輸沙量很大。在汛期利用來水來沙多的特點，需要盡量多地排走上游來的泥沙或者沖走淤積在庫底的泥沙，水庫采用“蓄清排渾”的運行方式是保證大型水庫長期運行的重要措施之一。所以，大部分控制性水庫都需要在汛后蓄水。 同時結合工裝液壓油路原理[3]（改進前液壓原理如圖7、改進后液壓原理如圖8），設計下輔支缸進油轉化座結構（如圖9），將原一進一出液壓系統改進為二進一出液壓系統，使該油壓升起型下輔支缸執行動作壓力由4MPa提升至5MPa，查其油壓與工件支撐力曲線圖可知，單缸工件支撐力由2.0 kN提升至2.7 kN，工件支撐力提升35%，有效增強工裝整體支撐剛性，徹底消除銑削過程振動現象。 圖7 圖8 圖9 2.2 OP20工序液壓工裝改進 原手動工裝（如圖10）采用四點定位，工件定位面上的四點不等高現象、手動壓板壓緊點與支撐點的不重合現象及四處手動壓緊力不受控現象共同作用，導致2×φE孔附近產生0.03-0.05mm的壓緊變形。 為減小20工序壓緊變形，在保證工裝支撐平面度的情況下需進一步減少工件平面度對工件壓緊變形的不利影響，故首先將10工序的支撐點選作20工序的壓緊點，保證工件定位面完全等高；其次，設計選型同規格旋轉油缸同步壓緊，保證壓緊力及壓緊點穩定受控；最后，在其它關鍵重要位置相應增加輔助支撐以保證各孔位置度（如圖11）。 圖10 圖11 同時在充分對比各工件外形尺寸、壓緊點位置等要素后，將各產品圓柱銷進行同位置設計，換產時僅需調整菱形銷位置及部分支撐塊及壓板位置[4]（如圖12），相比原有整套工裝拆換，換產難度明顯降低，換產時間大幅減少。 生產中利用機械能提升生產效率，創造出更大的經濟效益。隨著計算機技術的發展，機械自動化水平取得了飛躍式發展，自動化程度有了更大的提升。現階段的機械設備自動化技術是在計算機控制下完成生產過程中對機械設備的自動校正。自動化技術能通過計算機完成多種預設的加工制造，實現多種工序之間的相互轉換。 圖12 3 改善效果 OP10工序液壓工裝優化改造后，銑削過程受控，銑削表面平面度穩定滿足工藝圖紙要求。OP20工序液壓工裝設計使用后，2×φE孔孔距合格率提升46%，且滿足現場頻繁換產要求，單次換產時間減少75%。 通過以上兩道工序的工裝優化，在明顯提高產品質量的同時，大量減少生產中停，有效降低換產難度，縮小單次換產時間，整線綜合產能提升11%。 4 結語 經實際生產中批量加工驗證，產品質量改善與生產效率提升均達到了預期效果。通過這次成功的液壓工裝優化，在取得一定成績的同時也積累了很多寶貴的工裝設計經驗，為后續同類產品的工裝或自動化工裝設計提供了良好的技術基礎。 參考文獻 [1] 陳宏鈞.實用機械加工工藝手冊（第4版）[M].北京:機械工業出版社,2016. [2] 濮良貴,紀名剛.機械設計（第8版）[M].北京:高等教育出版社, 2006. [3] 王積偉,章宏甲,黃宜.液壓與氣動傳動[M].北京:機械工業出版社, 2005. [4] 王金財.組合夾具設計與組裝技術[M].北京:機械工業出版社,2014. A thin-walled shell parts processing quality optimization and improve efficiency Li Xuli, Zhang Chaochao, Wang Zhe, Wang Xing ( Shaanxi HanDe Axle Co., Ltd., Shaanxi Xi'an 710201 ) Abstract:Starting from the analysis of the process quality of a thin-walled shell parts, this paper expounds its processing plan and technological process, and introduces each step of the machining process in detail. Combining the characteristics of product structure and the key dimension precision requirements, two sets of practical hydraulic tooling are designed and improved in the key process through the systematic analysis of the quality relevance of each process and the actual problems faced in the production organization. The product quality is effectively improved and the production efficiency is obviously improved. Keywords: A thin-walled shell parts; Process quality; Hydraulic tooling; Efficiency enhancement CLC NO.: U462 Document Code: B Article ID:1671-7988(2018)21-223-03 中圖分類號：U462 文獻標識碼：B 文章編號：1671-7988(2018)21-223-03 作者簡介：李旭立，就職于陜西漢德車橋有限公司。 10.16638/j.cnki.1671-7988.2018.21.075