鑄造殼體零件的機械加工工藝

張業俊，梁愛民

中航工業航宇救生裝備有限公司 湖北襄陽 441000

1 序言

鑄造殼體類零件外形復雜，關聯尺寸多、精度高，加工基準的選擇十分重要。某型產品的操縱機構安裝在可分開的外殼中，可分開的外殼如圖1所示，由1號、2號和3號殼體組成。其中2號殼體處于中間位置，起著承上啟下的作用，其上有1號殼體，其下有3號殼體，其內裝配有軸等多個重要零部件。由此可以看出，2號殼體是裝配時的基準零件，它的加工精度將直接影響操縱機構的裝配精度。

圖1 可分開的外殼

2 零件的技術要求

1號、2號和3號殼體的毛坯為砂型鑄件，材料為ZL116鋁合金（T5），鑄造精度等級為HB 6103―2004中的CT9。

2號殼體如圖2所示。為了保證能與1號、3號殼體緊密貼合，要求A、B兩面有良好的尺寸精度（偏差為±0.1mm）、幾何公差（平面度為0.05mm）和表面質量（表面粗糙度值Ra=1.6μm）。同時，為了保證裝配后的位置關系，對A、B兩面上的定位孔也有相當高的要求，孔距尺寸精度為±0.05mm，孔徑尺寸精度為H8級，表面粗糙度值Ra=1.6μm。對于非定位孔，例如一般的安裝孔、螺紋孔，尺寸精度也達到了±0.1mm。

圖2 2號殼體

此外，為了保證軸的位置安裝正確，C孔的加工也相當重要。該孔的加工精度將直接影響軸在其內的安裝位置以及軸是否能夠靈活轉動。

通過以上分析，從裝配要求及使用上出發，該零件的機械加工主要有兩方面內容：一是加工A、B面及其上的定位孔和安裝孔；二是加工C孔。

3 精基準的選擇

精基準是指在最初幾道工序中就加工出來，為后面的工序做好定位、裝夾的準備，在后續的加工中，以它為基準對別的部位進行加工。就該零件而言，選擇A面作為精基準，主要是考慮到以下幾個方面。

1）A面及其上的兩個定位孔是裝配基面（設計基準），這樣能使工藝與設計基準重合，符合“基準重合”原則，可以減少尺寸換算，避免因基準不重合而引起的誤差。

2）在后續加工過程中，將多次用到A面作為定位基準加工其他表面，這樣符合“基準統一”原則，便于保證各加工表面間的相互位置精度，避免了因為基準變換所產生的誤差，并簡化夾具設計和制作工作。

3）A面形狀簡單，便于裝夾，加工方便，易于獲得較高的表面精度；具有較大的支承面積，可為后續加工提供好的定位和夾緊。B面之所以不能作為精基準，是因為該面是斜面（與A面的夾角為26°），而且沒有合適的加工基準，不易裝夾。

4 粗基準的選擇

粗基準是用來加工精基準時所用的定位面，它應保證在以后的加工中各加工面的加工余量均勻，裝入殼體內的軸等零件與殼體的內壁各表面有足夠的間隙，以及定位夾緊牢固可靠等要求。

零件各面和孔之間的位置關系如圖3所示，零件結構尺寸如圖4所示。選擇以D面（兩圓弧頂點）和E面為粗基準。因為R20mm圓弧的中心線理論上是C孔的軸線，也就是安裝后軸的軸線，一切都應該向軸看齊，所以加工的粗基準應該放在這里，也就是圖4中Z方向的尺寸20＋0.4－0.2mm。另外E面至軸線的距離為（21.5±0.2）mm（圖4中X方向尺寸），為了直接保證這個尺寸，只能以E面為粗基準。Y方向要求中心對稱即可。

圖3 零件各面和孔之間的位置關系

圖4 零件結構尺寸

5 精基準的加工

精基準加工精度直接影響后續加工的進行，關系到整個零件能否順利加工完成，這一步非常關鍵和重要，所以加工前必須考慮周全，以防止在開始加工后發現錯誤而造成不可挽回的損失。在精基準面加工完成后，將會影響到的部位如圖5所示。

圖5 精基準面加工完成后將會影響到的部位

若A面加工過多，則3、4兩處尺寸將會變小，4處甚至可能還會出現破漏的現象；若A面加工不足，在后續加工中，1、2兩處尺寸會偏小，將不能滿足設計要求。

在實際加工中，因為毛坯的不確定性因素較多，尺寸又不穩定，如何確定A面的尺寸呢？如何將A面的尺寸考慮得更全面呢？在未開始加工之前，安排一道鉗工劃線工序，以圖4中的基準劃線，同時劃出圖5中1、2、3和4四處線，檢查它們的余量分布是否合理。并且可以通過鑄件實際尺寸調整A面的加工尺寸，來同時滿足1、2、3和4四處的余量要求。通過分類，找出共性，最終確定A面的加工尺寸，為后續加工做好準備。加工中的基準與鉗工劃線基準是一致的，這樣只要鉗工能劃出來的零件，都應該可以加工出合格的產品，毛坯的加工余量是充足的。

加工設備為數控銑削中心（見圖6），可以在加工出A面后，將A面上的各孔也一并制出，一次裝夾即可保證各孔與A面的垂直度，也能保證各孔之間的相互位置，同時為后續加工做好裝夾、定位的準備。在后續的加工中，將多次用到這一步所加工的基準面、基準孔，定位方式為“一面兩銷”，比如對于圖2a中B面的加工就是如此。孔加工中，除了兩個精度為H8的定位孔需要先鉆后鉸外，其余各安裝孔只需鉆就可以保證尺寸和精度要求。精基準加工用拼裝夾具如圖7所示。

圖6 數控銑削中心

圖7 精基準加工用拼裝夾具

6 孔的加工

在加工完精基準、定位孔和安裝孔后，就可以加工C孔。

由于C孔是安裝軸的地方，對孔的位置、形狀要求比較高。為了保證孔的完整性及精度要求，它不可以單獨加工出來，而必須是在2號殼體與1號殼體裝配后進行整體加工，裝配后的狀態如圖8所示。在進行孔的精加工時，因為2號殼體上已沒有可用的裝夾定位的地方，所以其定位基準就轉換到了1號殼體上。以凸臺1、凸臺2的面為基面，以凸臺1上的兩個定位孔定位，這種“一面兩銷”的定位方式，能夠可靠、安全地保證尺寸要求。

圖8 裝配后的狀態

加工設備為C6150A車床。由于沒有專用工裝，所以用拼裝夾具代替。孔加工用拼裝夾具如圖9 所示。

圖9 孔加工用拼裝夾具

C孔的尺寸為φ22+0.045+0mm，為了保證孔本身的精度，加工時要分粗、精加工，精加工時鏜孔至設計尺寸。為了保證兩端孔同軸，必須一次裝夾加工出該孔。孔的定位尺寸由拼裝夾具保證。通過試車，調整夾具可以很好地保證孔的定位尺寸。

因為精基準已加工完成，后續加工中就不存在定位、裝夾的難題，零件其余部分的加工也就可以迎刃而解。

7 結束語

2號殼體的加工重點是精基準和主軸孔。對于精基準的加工，只要選擇了正確的粗基準，其加工質量就可以得到保證；對于主軸孔的加工，其尺寸精度、定位尺寸主要由刀具和拼裝夾具來保證。

由于加工之初正確地選擇了粗基準、精基準，給后續加工帶來了極大的方便，簡化了加工過程，減少了裝夾次數，提高了工作效率，保證了加工質量。在加工中，充分利用公司現有的高精度數控機床設備，做到工序集中，較好地保證了零件上各面、各孔的相對尺寸精度、幾何公差，同時減少了安裝工件的次數和輔助時間，減少了工件在機床之間的搬運次數和工作量，縮短了生產周期。

通過實際加工，證明該加工方法正確、可行且有效。但是對精基準的加工仍然存在一些問題。由于鑄造毛坯的不穩定性，鑄件表面質量有一些缺陷，凹凸不平，特別是在有些關鍵的、要用于定位的面上，也就是粗基準上。比如圖3中用作定位的D面，明顯有著凸出點，這給精基準加工的定位帶來了不準確性。在實際加工中，先把高點打磨平，使D面圓滑過渡，采用每件鉗工劃線的方法，劃分加工余量，驗證毛坯的余量分布是否合理。這種加工方法對于單件小批量生產而言是合適的，但對于大批量生產是不合適的。由于大批量生產時，為了提高生產效率必須用到專用夾具，這就要求鑄造毛坯具有一致性，所以在以后的生產中，如果鑄件的質量比較好，則機械加工一定會更順利，生產效率也會得到更大的提高。另外，對于主軸孔的加工，如果能有專用車床夾具，那么其加工效率也將大大 提高。