液壓升降機方形密封接頭零件加工工藝研究

劉 旭，陳 琪

(蘇州市職業大學 機電工程學院，江蘇 蘇州 215104)

0 引言

隨著工業的不斷發展，液壓系統在汽車、航空、航天和管道等行業被廣泛應用，通過液壓設備將系統內的液體介質壓力能與力學能相互轉換，達到傳遞力和力矩的目的[1-2]。液壓系統是將液體的壓力能轉換為機械能，因此對整個系統的密封性要求特別高[3-4]。而接頭零件作為連接高壓油管間的關鍵部件，其加工精度直接影響系統的密封性以及設備的正常運行。為此，本文針對液壓升降機方形密封接頭零件加工尺寸超差、加工效率低的問題，對其加工工藝進行了研究。

1 密封接頭零件原加工工藝分析

1.1 零件技術要求分析

圖1為某液壓升降機中密封接頭(簡稱接頭)零件。接頭整體尺寸為62.9 mm×54.6 mm×55.8 mm，內部有圓孔，車削部分不借助夾具不易裝夾，主要尺寸公差為±0.05 mm、±0.02 mm、±0.03 mm等，圓孔兩端有R1和R2的圓弧要求，頂面、側面與基準面之間有0.005 mm的垂直度和平行度要求，Φ31.8 mm內孔有0.005 mm的同軸度要求，三面有孔或螺紋孔，尺寸和位置精度要求較高。接頭零件材料為Al6061，屬Al-Mg-Si系合金，中等強度，具有良好的塑性和優良的耐蝕性，無應力腐蝕開裂傾向，其焊接性優良，耐蝕性及冷加工性好，主要用于殼體、箱體、管類、密封類零件，是一種使用范圍很廣泛的合金。接頭零件生產批量較大，毛坯尺寸為65 mm×58 mm×58 mm，四面銑削余量約為3 mm左右。

圖1 密封接頭零件

1.2 零件原加工工藝及生產中存在的問題

接頭零件原加工工藝是先利用車床夾具裝夾方形毛坯，完成內孔及內孔兩端R1、R2圓弧的加工，車削夾具如圖2所示。車削時，將毛坯放入內方夾塊2中，內方夾塊2由圓弧卡爪3夾緊；車削完成后再利用精密平口鉗分3次裝夾接頭零件，利用銑刀、鉆頭、絲錐進行銑削、鉆孔、攻絲等加工，其中零件銑削裝夾方法如圖3所示。

在產品試制過程中，完成1個接頭零件的加工需要12 min，并且出現長度尺寸和平行度超差、內孔兩端圓弧不對稱等問題，合格率僅為50%左右，加工效率和加工精度均滿足不了客戶大批量生產的要求。接頭零件原加工工藝方案見表1。

1-接頭零件；2-內方夾塊；3-圓弧卡爪；4-卡盤；5-螺釘

圖3 零件銑削加工裝夾方法

經過對機床、夾具等進行詳細地分析，提出通過優化接頭零件的加工工藝來提高加工效率和零件精度。

表1 接頭零件原加工工藝方案

2 接頭零件加工工藝優化

2.1 加工問題分析

試加工完成后，對出現的問題做如下分析：

(1) 接頭零件長度尺寸和平行度超差、內孔兩端圓弧不對稱等問題主要由于車削夾具引起。車削夾具夾持接頭位置呈方形直角結構，夾持方形毛坯時，由于毛刺過多，特別是直角部分，容易使毛坯發生偏移、定位不準確，進而影響接頭零件的同軸度、垂直度以及長度尺寸。

(2) 加工效率低主要由于接頭零件銑削、鉆孔、攻絲時需要反復裝夾工件3次，頻繁的拆裝平口鉗、更換刀具、裝夾工件，大大縮短了有效加工時間，加工效率低下。

2.2 改進措施

根據原加工工藝方案及加工問題，提出如下改進：

(1) 改善方形毛坯的夾持狀態。在原工藝方案中，由于毛坯粗糙度值過高及車削夾具內方結構中直角處毛刺過多造成裝夾定位不準確，從而影響接頭零件的長度尺寸、同軸度和垂直度。可以從毛坯和夾具兩方面進行改進：①在加工中心上對毛坯五面銑削(除底面外)，并銳角倒鈍，如圖4所示；②將車削夾具內方夾塊的直角處做Φ10 mm倒角處理，如圖5所示。

圖4 毛坯五面銑削并倒角

圖5 內方夾塊Φ10 mm倒圓角

(2) 設計加工中心專用夾具。接頭零件三面有孔或螺紋孔，加工時多次用到銑刀、鉆頭、絲錐等刀具，并需要多次掉頭裝夾，換刀頻繁，刀具空行程過多，占用大量時間。可采用多工位專用夾具，一次裝夾可完成多個零件的加工，大大提高了零件的加工效率。經過反復的加工試驗，所設計的多工位組合夾具如圖6所示。芯軸塊2上圓柱芯軸呈中空狀，并在頂端做倒角和開槽處理，以確保定位準確、配合緊密；凹槽塊6中間有圓孔，圓孔和接頭的凸圓弧配合加工，并在孔底做倒角處理；定位塊7右側定位臺階處有圓孔倒角。

多工位組合夾具在機床上的裝夾如圖7所示。具體操作步驟為：①將底板通過螺栓和壓板安裝在加工中心工作臺上；②將芯軸塊、凹槽塊、定位塊通過夾緊機構安裝定位牢固；③將接頭凹圓弧放入芯軸塊，凸圓弧放入凹槽塊，側面放入定位塊，鎖緊對應的螺栓和壓板，一次裝夾3個零件；④加工完成后松開對應的鎖緊螺栓，重復步驟②和③。

1-底板；2-芯軸塊；3-接頭零件；4-壓板；

圖7 多工位組合夾具在機床上的裝夾

2.3 新工藝擬定

根據上述分析，擬定了新加工工藝，如表2所示。

表2 新加工工藝方案

3 結語

采用新加工工藝后，接頭零件的加工發生了如下變化：

(1) 通過將毛坯五面銑削和倒角后再裝夾車削內孔，變粗基準為精基準；同時把內方夾塊直角處作圓孔倒角處理，大大提高了接頭零件的定位精度，有效避免了零件長度尺寸、同軸度、垂直度超差問題。首批1 000件產品中，接頭零件的合格率由原來的50%提高到98%。

(2) 設計加工中心專用多工位組合夾具，一次加工可同時裝夾3個零件，節約了零件裝夾時間；同一把絲錐可完成3個零件的攻絲后再換刀，大大減少了換刀時間。加工一個接頭零件的時間由原來的12 min減少到現在的5 min。

新加工工藝方案已經在生產中得到了驗證，實現了批量化生產，滿足了企業的產能要求，在同類零件的加工過程中具有一定的實踐指導意義和借鑒價值。