復(fù)雜殼體零件加工工藝研究

鄭少應(yīng) 劉依蕓

摘要：連接器復(fù)雜殼體零件為公司常加工產(chǎn)品，本文通過選取其中一款零件，對(duì)其結(jié)構(gòu)和加工工藝進(jìn)行分析，查找并針對(duì)零件質(zhì)量問題根源，經(jīng)過工藝優(yōu)化探索和驗(yàn)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(xù)類似結(jié)構(gòu)零件的加工提供可行性方案。

關(guān)鍵詞：分工序;集成加工;銑削成形;質(zhì)量

中圖分類號(hào)：TG506? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-957X（2021）06-0093-02

0? 引言

連接器作為電氣連接或信號(hào)傳輸必不可少的關(guān)鍵元器件，其作用為借助電信號(hào)、光信號(hào)或機(jī)械力量實(shí)現(xiàn)接通、斷開或轉(zhuǎn)換的功能。連接器通過對(duì)信號(hào)快速、穩(wěn)定、低損耗和高保真?zhèn)鬏敚员ＷC設(shè)備功能的正常完成。其中軍用連接器是偵察機(jī)、導(dǎo)彈、智能炸彈等新式高性能武器裝備的必備元器件，主要應(yīng)用于航空、航天、兵器、船舶和電子等高技術(shù)領(lǐng)域。連接器各組成配件的質(zhì)量好壞將直接影響連接器功能的實(shí)現(xiàn)，從而影響設(shè)備、武器裝備功能的正常運(yùn)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(fù)雜結(jié)構(gòu)件，公司2014年前小批量接單生產(chǎn)，之后訂單逐年增加，大批量生產(chǎn)的同時(shí)質(zhì)量控制逐漸加嚴(yán)，以保證連接器功能的穩(wěn)定實(shí)現(xiàn)。零件質(zhì)量的穩(wěn)定是彼此具備可互換性的基礎(chǔ)，在制造業(yè)生產(chǎn)中，經(jīng)常要求產(chǎn)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(guó)著名質(zhì)量管理專家約瑟夫.朱蘭說過，20世紀(jì)是生產(chǎn)率的世紀(jì)，21世紀(jì)是質(zhì)量的世紀(jì)，零部件的加工已由高速生產(chǎn)轉(zhuǎn)向高質(zhì)量生產(chǎn)。在實(shí)際加工過程中，由于受機(jī)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(dá)到理想狀態(tài)精度，隨著外部需求增加，內(nèi)部工藝保障性的不足，也將制約生產(chǎn)的投入產(chǎn)出率，使投入成本同比增加，操作人員勞動(dòng)強(qiáng)度增大，質(zhì)量保障性下降。

1? 傳統(tǒng)工藝現(xiàn)狀

1.1 現(xiàn)狀敘述

如圖1結(jié)構(gòu)某罩殼零件，正面有臺(tái)階內(nèi)腔，反面有防滑槽、沉孔及周邊倒角，上部掛臺(tái)清角，內(nèi)腔轉(zhuǎn)角R過度，下部有臺(tái)階和缺口。經(jīng)調(diào)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(tái)階→去毛刺→……→入庫。

分工序加工周期長(zhǎng)，零件內(nèi)腔刀痕重，尺寸精度不穩(wěn)定，大面刀痕重，部分零件存在明顯震紋、陰陽面等質(zhì)量問題，必須返修拋光處理，而返修拋光后砂痕嚴(yán)重，狀態(tài)如圖2所示。

1.2 問題分析

針對(duì)以上現(xiàn)狀問題，分別從人、機(jī)、料、法、環(huán)、測(cè)等因素對(duì)工藝過程進(jìn)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(yīng)崗位資格證書，人員技能不足可以排除。

②設(shè)備無法滿足要求。加工銑削成形A的設(shè)備為數(shù)控鉆孔攻絲中心，主軸最高轉(zhuǎn)速為10000rpm，定位精度0.005/300mm，重復(fù)定位精度±0.003mm，主軸跳動(dòng)≤0.005mm，具有冷卻循環(huán)系統(tǒng)對(duì)加工刀具和零件降溫，設(shè)備滿足要求;加工切斷銑平面的設(shè)備為青海一機(jī)，設(shè)備年限近10年，冷卻循環(huán)系統(tǒng)損壞，加工過程為干銑，刀具得不到有效冷卻容易產(chǎn)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(shè)備為數(shù)控萬能工具銑床，主軸最高轉(zhuǎn)速3200rpm，設(shè)備無冷卻循環(huán)系統(tǒng)對(duì)加工刀具和零件降溫冷卻，加工過程沾刀嚴(yán)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(xiàn)在粘刀現(xiàn)象、切削變形和切削中的震動(dòng)問題[2]。

④加工方法不好。根據(jù)零件結(jié)構(gòu)和現(xiàn)有設(shè)備功能分析，待加工面特征與機(jī)床主軸垂直，至少需要4道工序才能保證;現(xiàn)有工序拆分嚴(yán)重，無法避免多次裝夾定位產(chǎn)生的累積誤差，使零件精度無法保證。

⑤現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境差。加工現(xiàn)場(chǎng)通風(fēng)良好，溫度、濕度適宜，現(xiàn)場(chǎng)嚴(yán)格按6S標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，環(huán)境因素可排除。

⑥檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一。現(xiàn)有的工藝加工的零件已無法達(dá)到質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)。

2? 工藝改進(jìn)驗(yàn)證

結(jié)合以上原因分析，傳統(tǒng)工藝存在的問題為分工序離散，精度無法保證;原材料材質(zhì)軟，粘刀、切削變形和切削中的震動(dòng)會(huì)影響切削表面質(zhì)量;設(shè)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(dá)不到，尺寸精度控制不穩(wěn)定，擬向工藝集成化方向優(yōu)化驗(yàn)證。

2.1 集成反面加工驗(yàn)證

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

優(yōu)化后的工藝避免了青海一機(jī)干銑帶來的刀痕重、數(shù)控萬能工具銑床轉(zhuǎn)速不足和干銑產(chǎn)生的明顯刀紋，但由于零件為型腔薄壁結(jié)構(gòu)，部分零件飛刀盤銑削大面時(shí)存在震紋、陰陽面等問題，加工頭部時(shí)二次定位不穩(wěn)帶來刀痕狀態(tài)不一致、內(nèi)腔尺寸超差等問題。本次工藝優(yōu)化后，個(gè)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(yàn)證

進(jìn)一步集成正面外形、內(nèi)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(jī)械自動(dòng)翻轉(zhuǎn)定位加工另一面特征，以機(jī)械夾持翻轉(zhuǎn)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(tái)階→……→入庫。

現(xiàn)有設(shè)備為三軸加工中心，要實(shí)現(xiàn)集成工藝需設(shè)計(jì)輔助工裝，要求工裝翻轉(zhuǎn)定位精度必須有保證，如圖4所示，經(jīng)實(shí)際加工驗(yàn)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(fā)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(diào)研引進(jìn)四軸設(shè)備，它可由分度盤旋轉(zhuǎn)定位實(shí)現(xiàn)不同工位加工，經(jīng)過設(shè)計(jì)四軸輔助工裝夾具，調(diào)研相關(guān)刀柄和刀具，實(shí)現(xiàn)了零件的集成加工過程如圖5所示。四軸集成加工時(shí)，首先由加長(zhǎng)刀具側(cè)刃有效保證零件大表面質(zhì)量，優(yōu)先加工掛臺(tái)及內(nèi)腔，再旋轉(zhuǎn)90°加工正面內(nèi)腔和外形，旋轉(zhuǎn)180°加工反面防滑槽、沉孔及倒角，返回初始工位鋸斷。工藝優(yōu)化實(shí)現(xiàn)一次裝夾、機(jī)械翻轉(zhuǎn)定位保證各位置關(guān)聯(lián)尺寸精度，減少分工序裝夾及周轉(zhuǎn)耗時(shí)，除調(diào)機(jī)損耗外，實(shí)現(xiàn)零件尺寸合格率達(dá)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(zhǎng)期困擾生產(chǎn)的重大難題，為公司后續(xù)加工類似復(fù)雜殼體提供可行的工藝方案，產(chǎn)品優(yōu)化工藝后狀態(tài)如圖6所示。

3? 結(jié)論

本文通過對(duì)連接器復(fù)雜殼體零件的工藝分析，確定尺寸精度和外觀質(zhì)量無法保證原因?yàn)楣ば螂x散和設(shè)備功能不足造成，通過集成工藝改進(jìn)，在四軸加工中心上找到最佳工藝路線，實(shí)現(xiàn)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(zhì)量問題，提升零件加工質(zhì)量，提高加工合格率，降低生產(chǎn)成本，為類似結(jié)構(gòu)連接器殼體零件的加工提供了可行性方案。

參考文獻(xiàn)：

[1]趙秀榮，魯昌國(guó).互換性與測(cè)量技術(shù)[M].北京：北京理工大學(xué)出版社，2018，06.

[2]史全富，旺麟.金屬切削手冊(cè)[M].上海：上海科學(xué)技術(shù)出版社，2000，12.