復雜殼體零件加工工藝研究

鄭少應 劉依蕓

摘要：連接器復雜殼體零件為公司常加工產品，本文通過選取其中一款零件，對其結構和加工工藝進行分析，查找并針對零件質量問題根源，經過工藝優化探索和驗證，采用集成加工替代分工序加工，有效解決存在問題，為后續類似結構零件的加工提供可行性方案。

關鍵詞：分工序;集成加工;銑削成形;質量

中圖分類號：TG506? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）06-0093-02

0? 引言

連接器作為電氣連接或信號傳輸必不可少的關鍵元器件，其作用為借助電信號、光信號或機械力量實現接通、斷開或轉換的功能。連接器通過對信號快速、穩定、低損耗和高保真傳輸，以保證設備功能的正常完成。其中軍用連接器是偵察機、導彈、智能炸彈等新式高性能武器裝備的必備元器件，主要應用于航空、航天、兵器、船舶和電子等高技術領域。連接器各組成配件的質量好壞將直接影響連接器功能的實現，從而影響設備、武器裝備功能的正常運行，帶來不可估量的損失。連接器殼體零件中，罩殼附件屬于復雜結構件，公司2014年前小批量接單生產，之后訂單逐年增加，大批量生產的同時質量控制逐漸加嚴，以保證連接器功能的穩定實現。零件質量的穩定是彼此具備可互換性的基礎，在制造業生產中，經常要求產品的零部件具有互換性，彼此能夠相互替代使用，并具有相同的性能[1]。美國著名質量管理專家約瑟夫.朱蘭說過，20世紀是生產率的世紀，21世紀是質量的世紀，零部件的加工已由高速生產轉向高質量生產。在實際加工過程中，由于受機床、刀具、工藝保障性等因素的影響，零件的尺寸、形狀及表面粗糙度難以達到理想狀態精度，隨著外部需求增加，內部工藝保障性的不足，也將制約生產的投入產出率，使投入成本同比增加，操作人員勞動強度增大，質量保障性下降。

1? 傳統工藝現狀

1.1 現狀敘述

如圖1結構某罩殼零件，正面有臺階內腔，反面有防滑槽、沉孔及周邊倒角，上部掛臺清角，內腔轉角R過度，下部有臺階和缺口。經調研加工該零件的多家單位，與公司一樣均采用分工序加工，工藝流程為：下料→銑輔助面→銑削成形A→切斷、銑平面→銑防滑槽及倒角→銑削成形B→銑臺階→去毛刺→……→入庫。

分工序加工周期長，零件內腔刀痕重，尺寸精度不穩定，大面刀痕重，部分零件存在明顯震紋、陰陽面等質量問題，必須返修拋光處理，而返修拋光后砂痕嚴重，狀態如圖2所示。

1.2 問題分析

針對以上現狀問題，分別從人、機、料、法、環、測等因素對工藝過程進行分析如下：

①人員技能不足。加工零件的操作人員均為工齡5年以上老師傅，技能熟練，并取得相應崗位資格證書，人員技能不足可以排除。

②設備無法滿足要求。加工銑削成形A的設備為數控鉆孔攻絲中心，主軸最高轉速為10000rpm，定位精度0.005/300mm，重復定位精度±0.003mm，主軸跳動≤0.005mm，具有冷卻循環系統對加工刀具和零件降溫，設備滿足要求;加工切斷銑平面的設備為青海一機，設備年限近10年，冷卻循環系統損壞，加工過程為干銑，刀具得不到有效冷卻容易產生積屑瘤，致使加工面刀痕粗重不一;加工銑防滑槽及后工序的設備為數控萬能工具銑床，主軸最高轉速3200rpm，設備無冷卻循環系統對加工刀具和零件降溫冷卻，加工過程沾刀嚴重，致使加工面震紋明顯。

③材料可切削性能差。零件材料為2A12鋁合金，具有較好的延展性，受其物理特性影響，切削問題主要表現在粘刀現象、切削變形和切削中的震動問題[2]。

④加工方法不好。根據零件結構和現有設備功能分析，待加工面特征與機床主軸垂直，至少需要4道工序才能保證;現有工序拆分嚴重，無法避免多次裝夾定位產生的累積誤差，使零件精度無法保證。

⑤現場環境差。加工現場通風良好，溫度、濕度適宜，現場嚴格按6S標準執行，環境因素可排除。

⑥檢測標準不統一。現有的工藝加工的零件已無法達到質量控制標準。

2? 工藝改進驗證

結合以上原因分析，傳統工藝存在的問題為分工序離散，精度無法保證;原材料材質軟，粘刀、切削變形和切削中的震動會影響切削表面質量;設備老化、精度不足以及功能無法滿足要求，致使零件加工表面粗糙度達不到，尺寸精度控制不穩定，擬向工藝集成化方向優化驗證。

2.1 集成反面加工驗證

加工過程中，只有青海一機和數控萬能工具銑床加工表面質量較差，擬將零件反面集成在兄弟銑上加工，由高精度設備替代低精度設備，有效保證零件尺寸精度和外觀質量，集成加工工藝如下：下料→銑輔助面→銑削成形A（加工內腔面）→銑削成形B（集成加工反面）→銑削成形C（加工頭部）→銑臺階→……→入庫。（圖3）

優化后的工藝避免了青海一機干銑帶來的刀痕重、數控萬能工具銑床轉速不足和干銑產生的明顯刀紋，但由于零件為型腔薄壁結構，部分零件飛刀盤銑削大面時存在震紋、陰陽面等問題，加工頭部時二次定位不穩帶來刀痕狀態不一致、內腔尺寸超差等問題。本次工藝優化后，個別尺寸超差的零件依舊需要挑選剔除，外觀不良的仍然需要后工序拋光處理。

2.2 集成多面特征加工驗證

進一步集成正面外形、內腔、反面防滑槽、沉孔、棱邊倒角和頭部特征一次成形加工，采用一次裝夾加工其中一面特征后，機械自動翻轉定位加工另一面特征，以機械夾持翻轉定位替代手工多次裝夾定位，集成后工藝流程為：下料→銑削成形→銑臺階→……→入庫。

現有設備為三軸加工中心，要實現集成工藝需設計輔助工裝，要求工裝翻轉定位精度必須有保證，如圖4所示，經實際加工驗證，夾具即使采用慢絲線切割后再精磨配合面，由于公司模具開發和加工能力不足，加工的夾具精度無法保證，所以加工零件精度也無法保證。

通過技改調研引進四軸設備，它可由分度盤旋轉定位實現不同工位加工，經過設計四軸輔助工裝夾具，調研相關刀柄和刀具，實現了零件的集成加工過程如圖5所示。四軸集成加工時，首先由加長刀具側刃有效保證零件大表面質量，優先加工掛臺及內腔，再旋轉90°加工正面內腔和外形，旋轉180°加工反面防滑槽、沉孔及倒角，返回初始工位鋸斷。工藝優化實現一次裝夾、機械翻轉定位保證各位置關聯尺寸精度，減少分工序裝夾及周轉耗時，除調機損耗外，實現零件尺寸合格率達100%，零件返修率降低至0%，加工效率有效提升30%以上，有效解決了長期困擾生產的重大難題，為公司后續加工類似復雜殼體提供可行的工藝方案，產品優化工藝后狀態如圖6所示。

3? 結論

本文通過對連接器復雜殼體零件的工藝分析，確定尺寸精度和外觀質量無法保證原因為工序離散和設備功能不足造成，通過集成工藝改進，在四軸加工中心上找到最佳工藝路線，實現零部件一次裝夾加工多面的特征，消除分工序加工帶來的質量問題，提升零件加工質量，提高加工合格率，降低生產成本，為類似結構連接器殼體零件的加工提供了可行性方案。

參考文獻：

[1]趙秀榮，魯昌國.互換性與測量技術[M].北京：北京理工大學出版社，2018，06.

[2]史全富，旺麟.金屬切削手冊[M].上海：上海科學技術出版社，2000，12.