小殼體零件的工藝研究

張曉山 于士杰

【摘 要】殼體零件的結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，內(nèi)部呈腔形，其加工表面主要是平面和孔，對于平面的精度，一般端面需較高的平面度和較小的粗糙度，同時，孔與孔之間的相互位置精度也需要保證，使用加工中心既可以保證精度又可以提高效率。

【關(guān)鍵詞】小殼體；鑄件毛料；加工余量

對于一些小殼體零件，由于鑄造毛料，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，在以往，合格率低至30%左右，零件的設(shè)計要求很難得以保證，高投入低產(chǎn)出的日子持續(xù)了很長時間，為徹底解決這一瓶頸問題，能提高產(chǎn)品合格率，減少廢品損失，完成現(xiàn)場的生產(chǎn)任務(wù)，我們對該系列零件的加工進(jìn)行了工藝攻關(guān)研究。

1擬定工藝流程應(yīng)遵守的原則

1.1正確選擇各加工面的工藝方法和工步數(shù)。

1.2合理確定工序間余量。

1.3先面后孔，先加工定位基準(zhǔn)面，再加工其余面和孔。

1.4粗精加工分開，先粗后精，對于同一加工表面的粗精加工工步在加工時應(yīng)拉開一段時間，以避免切削熱、機(jī)床振動、殘余應(yīng)力以及夾緊力對精加工的影響。重要表面的粗加工工序應(yīng)盡可能提前，以利于及時發(fā)現(xiàn)和剔除廢品。

1.5工序的適當(dāng)集中與合力分散相結(jié)合：（1）工序集中可提高加工效率，減少設(shè)備數(shù)量，簡化生產(chǎn)現(xiàn)場加工系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)；（2）將殼體零件的有相互位置精度要求的加工表面在加工中心一個工位加工出來；（3）加工中心上工序集中一般采用多刀、多軸、多面或多工件同時加工；（4）加工中心工序集中的程度以保證殼體加工精度，加工時不超出加工中心的性能范圍，不得使數(shù)控刀具調(diào)整和更換過于困難；（5）工序分散能簡化數(shù)控刀具的結(jié)構(gòu)，使得加工中心便于調(diào)整、維護(hù)、操作，也有利于平衡限制工序加工節(jié)拍，提高加工中心的利用率。工序適當(dāng)單一化，鏜大孔、攻螺紋等工序無需集中在同一加工中心上，攻螺紋可在專門的鉆削中心上進(jìn)行。

2外殼的焊接

2.1.焊接工藝分析與焊接應(yīng)力的形成

焊接是采取加熱、加壓的處理辦法來將兩種工件融合在一起，這一過程中，可根據(jù)實際需求來選擇是否使用填充材料。在構(gòu)件中還留有一定的焊接應(yīng)力，這部分應(yīng)力也容易帶來焊接變形等問題，甚至還可能使外殼的隔爆性能變差。開始焊接時，局部的構(gòu)件處于加熱狀態(tài)中，各部分的變形程度也不一樣，同時還會產(chǎn)生內(nèi)熱應(yīng)力，越加熱，其溫度和內(nèi)應(yīng)力也會逐步上升，當(dāng)內(nèi)應(yīng)力上升到其材料的承受極限時，構(gòu)件中某些材料便會出現(xiàn)塑性變形的問題。焊接完畢后，溫度會有所下降，各個部分所引起的收縮變形情況也不一樣，此時還可能形成新的內(nèi)應(yīng)力。

2.2.防止焊接變形的辦法

2.2.1.焊縫的設(shè)計

設(shè)計焊縫時，焊縫的數(shù)量要盡量減少，可直接用折彎板來取代焊接板，同時還應(yīng)選好焊縫所在的位置，盡可能別讓其過于集中或交叉；應(yīng)認(rèn)真考慮焊縫的形狀和結(jié)構(gòu)形式，建議使用雙U形坡口、雙V形坡口等形狀[2]。這是因為這兩種結(jié)構(gòu)形式能減少焊接變形的可能。此外，焊縫的截面尺寸應(yīng)盡量減小，建議先使用直徑較小的焊條進(jìn)行焊接，這樣形成的內(nèi)應(yīng)力相對來說也比較小，不容易出現(xiàn)焊接變形的情況。

2.2.2.選擇恰當(dāng)?shù)暮附庸に嚪椒?/p>

焊接時，應(yīng)先選擇焊收縮量偏大的焊縫進(jìn)行焊接，讓其能得到自由收縮，同時內(nèi)應(yīng)力也能得到均衡分布。例如：在焊接防爆開關(guān)的外殼時，因?qū)雍缚p的收縮狀態(tài)較為明顯，因此建議將其放在焊接的首位，焊接完這一部位后再對角焊縫進(jìn)行焊接；如果焊縫完全被密封，在焊接前，我們可將構(gòu)件進(jìn)行裝配，使其產(chǎn)生與焊接變形相反的預(yù)先變形，這么做也是為了避免焊接后殼體再次發(fā)生變形。

3殼體零件的技術(shù)要求分析

（1）要確保主視圖位置公差26±0.02、55±0.02、9.5±0.02，主視圖B面與￠15沉孔平面距離31.6±0.02，平行度0.02符合圖紙要求。

（2）右視圖￠18+0.02孔與￠11+0.02軸承孔有垂直度要求，所以二次裝夾所用基準(zhǔn)要保持相互垂直關(guān)系。

（3）右視圖平面與￠11+0.02軸承孔中心有67±0.02位置公差要求。

（4）后視圖孔位置與主視圖孔位置有同位度要求。

4在安排工藝流程中主要考慮的因素

（1）選擇最短的加工工藝流程。

（2）盡量發(fā)揮機(jī)床的各種工藝特點，追求最大限度地發(fā)揮數(shù)控機(jī)床的綜合加工能力特長（多工序集中的工藝特點），應(yīng)在生產(chǎn)流程中配置最少的機(jī)床數(shù)量、最少的工藝裝備和夾具。

（3）工序集中與工藝加工漸精原則的矛盾。

（4）在對典型工件族工藝流程的安排中，應(yīng)妥善安排各臺機(jī)床和生產(chǎn)線的手工調(diào)整和檢測等工作，即人工干預(yù)的影響。

5零件的設(shè)計要求及加工難點

小殼體是油門桿操縱機(jī)構(gòu)中的零件，內(nèi)配滑輪，和鋼索聯(lián)合起傳動作用。該零件結(jié)構(gòu)復(fù)雜，毛料為CT7級精度熔模鑄件，零件上多處需機(jī)械加工，部位間相互均有位置要求，加工時裝夾困難，毛料與機(jī)加之間的同軸問題矛盾突出，因此零件上各部分同時保證裝配位置，這對零件加工提高了難度。

加工難點：

圓柱位置即要求加工出M14外螺紋，設(shè)計考慮到零件結(jié)構(gòu)復(fù)雜，零件背面有一個內(nèi)圓球狀形面相連，四方與圓柱面相接，后空刀槽不必機(jī)加，M14螺紋機(jī)加出即可，直接鑄造到位，但在M14圓柱內(nèi)部要求鉆、擴(kuò)、鉸通孔，這一步機(jī)械加工與原始鑄造圓心造成客觀偏移，使退刀槽部分最終壁厚偏薄，這一項目難以滿足設(shè)計要求，也是小殼體零件中易超差部位，難點所在。

6零件超差的原因分析

由于零件結(jié)構(gòu)復(fù)雜特殊，鑄件毛料在成形后熱處理釋放應(yīng)力過程中變形機(jī)率極大，隨之自然變形，其中兩項變形為主要影響因素。

6.1首道工序基準(zhǔn)B面與Ф14圓柱面不垂直，定位面不準(zhǔn)確，直接導(dǎo)致加工從開始就脫離原始中心線，其后的多道工序再傳遞加積累定位誤差，致使最后一個工序機(jī)加中心與毛料原始中心越偏越遠(yuǎn)，而機(jī)械加工M14同時在原中心鉆通孔，在沒有余量的Ф12小圓柱段的壁厚差最為明顯，薄處超出極限者因此而報廢。同時定位不準(zhǔn)的毛料，劃線檢查余量的結(jié)果也不可靠，垂直度需限制大0.3mm以內(nèi)。

6.2變形情況是，毛料螺紋圓柱中心直接變形偏離原始中心線，這類毛料由于退刀槽外無余量，中心偏離超過0.5mm以上者就沒有挽救的希望了。

另外，原機(jī)械加工的方法為直接領(lǐng)料按工藝規(guī)程加工，而由于零件結(jié)構(gòu)復(fù)雜，前幾個工序加工中并不能反映出最后工序（加工螺紋柱和內(nèi)孔工序）的可能結(jié)果，而偏偏這最后工序還必須得其它部位加工完才得到定位面，才可實施加工。這樣，前面的大部分工序一切正常，以至最后的半成品就不得不半途成廢品，因為帶有機(jī)加表面的半成品不能再進(jìn)行毛料校正了，因而失去了挽救的機(jī)會，這個結(jié)果讓人感到婉惜，無奈，大家決心一定要把廢品率降下來。

6.3增加提前劃線工序

根據(jù)該零件的具體情況，力求降低廢品率，采取提前預(yù)防措施，我廠和鑄造廠共同商定，毛料在出廠前在鑄造廠先按我機(jī)加廠要求劃線篩選，覺得有把握的毛料發(fā)出來，由于毛料廠劃線條件有限，我們機(jī)械加工工節(jié)中也增加劃線檢查余量的工序，現(xiàn)采用領(lǐng)料后逐個毛料劃線法，首先檢查定位面，垂直度限制在0.35以內(nèi)，超范圍的毛料返修至定位面符合要求。然后再次回來劃線檢查中心偏移量，在單面1mm以內(nèi)者留下加工。中心偏移量大于1mm的毛料在機(jī)加前再退回毛料廠，給他校正機(jī)會，予以挽救，盡可能的降低超差機(jī)率。

7結(jié)語

通過以上113件毛料的加工跟產(chǎn)記錄看出，改進(jìn)后的合格率由原30%提高到88.3%，該零件在加工中產(chǎn)生的壁厚不均問題得到了有效控制，說明此工藝方法是行之有效的。

參考文獻(xiàn)：

[1]機(jī)械制圖[M].高等教育出版社.

[2]金屬材料與熱處理[M].高等教育出版社.

[3]公差配合與技術(shù)測量[M].人民教育出版社.

（作者單位：長城汽車股份有限公司）