彈計支架工藝研究

劉 強，王 沖，李 博

(西安現代控制技術研究所，陜西 西安 710065)

某型彈計支架結構特別，由于缺乏加工經驗，在工藝準備和生產過程中都存在一定的困難。經過幾輪生產試制，逐漸摸索并總結出一套成熟工藝，解決了加工難題。此工藝案例形成的工藝方法對于同類型結構的機械加工產品具有一定的參考價值。

1 支架的工藝性分析

1.1 支架的結構特點

支架采用鋁合金材料，H型結構易變形，剛性差，由于存在一組由軸心平行向外發散的螺紋盲孔4×M3深5(見圖1)，沒有專用工裝輔助，難以通過常規方法實現該產品的加工過程[1]。

圖1 支架

1.2 支架的螺紋孔精度

從產品組裝來看，通過外徑的向心螺紋孔連接艙體固定，此處螺紋需要較高的向心重合度，鉆孔后攻絲存在一定的難度，手攻容易歪斜，采用攻絲機則需要專用方法指導操作[2]。加工由軸心平行向外發散的螺紋盲孔的底孔及攻絲也存在螺紋與理論方向的重合度，不能歪斜。

1.3 工藝設置難度

從工藝的可操作性方面考慮，此產品的外形、內型及各孔系的加工難以一次裝夾加工成型，需要在工藝方案中考慮至少分成2道工序實現加工，2道工序之間的二次定位誤差應控制在合理的波動范圍。二次定位所采用的工裝設計難度較大，選擇工藝定位基準也需要臨時增加工藝定位孔和定位面。

2 支架的機械加工工藝方案

2.1 工藝方案

為了取得合理可行的工藝方案，通過細化工序劃分，完善相應的工藝參數要求以優化部分工藝設置環節，形成了用于指導此支架機械加工的工藝流程[3](見圖2)。

圖2 支架機械加工工藝流程圖

2.2 方案說明

專用工裝由最初的6種精簡為現在的4種，與工藝設置同步優化改進。優化主要體現在線切割工序，之前需要定位芯軸和單獨的定位塊配合定位板同時使用，相對來說比較繁瑣，定位精度也不穩定。現在采用定位板和工件上定位孔對應的配合定位法，能夠有效提高定位精度，刪減了2個專用工裝的工作量。新的定位方法在加工中心工序增設了3個定位小孔的加工，線切割工序在定位板上切出2個定位孔即可達到穩定的定位效果。

工藝參數方面主要細化了鉗工攻絲時需要墊起的墊塊高度，此處是向心螺紋孔，采用攻絲機單件攻絲方式，由于采用了這個高度參數，明顯提高了攻絲質量和加工效率。另外，還細化了鉗工校形的具體要求，使工件的施壓變形控制在一定范圍內，避免了校形缺陷。

通過合理排料，一件毛坯加工3件成品，支架的車工序、加工中心工序、熱處理工序、線切割工序均為3件合一的整體加工，至鉗工序和表面處理工序才分成單件加工。

2.3 具體方案

具體方案如下。

1)下料：鋁合金管料。

2)車(見圖3)：a.平端面，外圓見光，粗車內孔；b.掉頭夾正，車總長留量，外圓見光；c.精車內孔；d.調頭車總長；e.上芯軸、壓板壓緊工件，車外圓；f.去毛刺[4]。

圖3 車工序圖

3)加工中心(見圖4)：a.按工序圖夾正工件，鉆3×φ4均布；b.上專用芯軸和壓板，以內孔、φ4孔及大端面定位，銑上下凹口，每個圈銑3件成品，不要銑透，3等分處留筋以控制變形；c.鉆4×M4-7H底孔φ3.3深8.5，鉆2×M3-7H底孔φ2.5深8.5；d.去毛刺。

圖4 加工中心工序圖

4)熱處理：人工時效。

5)線切割(見圖5)：a.上胎板留出工件待切部位空位，切2處定位孔2×φ4，孔間距112.58±0.015，切主視圖外形，首件測量孔邊距對稱度及壁厚尺寸，調整合格后繼續；b.去油污。

圖5 線切割工序圖

6)鉗：a.攻絲機工作臺用鉗工墊塊墊起高度77.5，攻絲4×M4-7H，2×M3-7H，保證垂直度，勿攻斜(見圖6)；b.上鉗工墊塊(見圖7)，以外圓弧R、寬筋及3個定位銷定位，上鉆模及壓板固定工件，鉆底孔并攻絲4×M3-7H深5；c.修光銑工殘留4處R2，去工件殘留毛刺；d.校形，檢查孔距尺寸A±0.1和B±0.1，采取小皮榔頭輕砸工件變形部位以滿足公差要求。注意：禁止用皮榔頭砸中間的加強筋，主要校形點在工件兩側R正中；掌握力度，控制校正尺寸波動范圍為±0.5，避免反復校正，零件表面不得出現裂紋。

圖6 攻絲機攻絲示意圖

圖7 鉗工墊塊使用示意圖

7)表面處理：Ct·Ocd(WJ 1358—1982)。

3 工裝

3.1 芯軸

支架芯軸(見圖8)以工件內孔和端面為基準定位，同時在芯軸配合端面上設計一個定位孔插入定位銷與工件坯料連接，可以限制其旋轉；然后上壓板壓緊使用，能在車工和加工中心工序獲得穩定的加工質量[5]。

圖8 芯軸和壓板

3.2 線切割胎板

線切割胎板(見圖9)上只需要切出2個定位孔，然后插入定位銷定位即可滿足線切割工序的加工尺寸要求。

圖9 線切割胎板

3.3 鉗工墊塊

以支架外圓弧和加強筋定位，設計了鉗工專用墊塊(見圖10)，主要有2個用途：1)墊塊上的尺寸77.5與攻絲機墊起工件的高度相符，可以保證攻絲垂直度；2)作為鉆攻4×M3深5的定位輔具[6]。

圖10 鉗工墊塊

3.4 鉗工鉆模

加工由軸心平行向外發散的盲孔螺紋4×M3深5(見圖1)需要使用定位輔具鉗工墊塊，對于單件小批量可以劃線加工，對于中、大批量采用鉆模加工效率更高[7]。鉆模(見圖11)由鋁合金的鉆模體和淬火鉆套組成。鉆套外圓與鉆模體上4×φ6過盈配合，鉆套內孔φ2.5用于鉆螺紋M3的底孔。

圖11 鉆模

4 檢具

檢具用于加工中心工序的工件孔距及角度尺寸的測量，此時工件基本不變形，具備良好的測量條件[8]。該檢具(見圖12)以半成品的外圓、端面和定位銷定位，通過插在檢具外圓上的專用帶沉頭的光滑柱銷與檢具內孔里的工件螺紋底孔試配，模擬零件與艙體裝配的過程，簡化了檢驗方式，大幅提升了檢驗效率。

圖12 檢具

5 關于工件變形的控制

5.1 切割內型成單件的尺寸變形控制措施

線切割機床一般采取直徑0.2 mm的鉬絲進行放電切割加工，這會在工件坯料上形成0.2 mm寬的狹縫，對于變形小的工件其尺寸基本不受影響，而對于剛性差、變形大的工件來說，縫隙的存在直接會導致工件尺寸波動0.2 mm，當零件的幾何公差小于0.2 mm時就容易產生超差品[9]。針對這種情況，可以采取如下措施進行預防：1)準備15×10×0.2 mm(厚)的銅皮條，也可根據工件外形尺寸臨時裁剪；2)確定工件易變形部位，一般為2處(見圖13)；3)當鉬絲切過工件的1處易變形部位后停機，將銅皮塞入該易變區的坯料縫隙中，然后啟動機床繼續加工，一般塞入1處即可。采用這種辦法加工的產品雖然仍存在變形，但其外形尺寸基本不受鉬絲縫隙的影響，避免了0.2 mm的波動。

圖13 線切割工序示意圖

5.2 個別工件的校形

依照本案例所述工藝加工，通常都能將變形控制在一定范圍內以滿足零件公差要求[10]。但由于材料應力的波動偶爾會導致個別工件變形略大，可以采用規定的方法來校形(見圖14)，敘述如下：經過線切割工序后，坯料分成了單件產品，其變形量可以通過鉗工校形來控制。校形采取小皮榔頭輕砸工件變形部位以滿足公差要求，禁止用皮榔頭砸中間的加強筋，主要校形點在工件兩側R正中，控制校正尺寸波動范圍為±0.5 mm，避免反復校正。為了控制校正尺寸波動范圍為±0.5 mm，需要采用尼龍棒輔助，尼龍棒的長度大于工件寬度，放置于工件下方內圓弧里，其外徑尺寸應根據工件校形的工藝試驗數據確定。當給工件施壓時，其內弧面與尼龍棒外徑接觸，一方面能控制校正尺寸波動范圍在±0.5 mm內，起到校正工件的作用，另一方面可以避免因為施壓過大而導致工件塑性變形超出范圍。

圖14 支架校形

6 工藝應用效果

工藝研究是循序漸進的，中途進行了幾次改進，產品合格率得到了穩步提升，其效果如圖15所示，目前合格率穩定在98%，達到了預期的目標。

圖15 支架產品合格率

7 結語

上述內容分別從工藝性分析、工藝方案、工裝、檢具、工件變形控制等方面介紹了某彈計支架工藝案例，通過解決特殊螺紋孔的加工和工件變形控制等主要工藝問題，達到控制和保證產品質量的目的，對于類似結構和相同材料的零件加工具備一定的參考價值。