提高殼體組件孔徑向跳動合格率的工藝改進

□ 張紅梅 □ 周華勇

中國航發西安動力控制科技有限公司 西安 710077

1 問題現狀

采用過盈配合將襯套壓入并固定在殼體座孔內,是殼體組件的一種常見結構。一些組件需要控制襯套與殼體之間的某些位置尺寸公差。對于這類技術要求的實現,普遍的做法就是通過計算尺寸鏈并分配公差,分別對襯套和殼體的相關位置尺寸公差進行加嚴控制,以此來保證壓裝之后襯套與殼體的累積位置公差符合要求。

殼體組件如圖1所示,口部殼體孔對襯套內孔有徑向跳動精度要求。技術要求如圖2所示,φ36 mm孔對φ9 mm孔的徑向跳動不大于0.08 mm。φ36 mm孔是殼體孔,φ9 mm孔是襯套孔,壓裝襯套的殼體座孔尺寸為φ14 mm。長期以來該技術要求一直難以保證,加工的合格率很低。

▲圖1 殼體組件▲圖2 技術要求

2 影響徑向跳動因素分析

徑向跳動公差指被測要素某一固定參考點圍繞基準軸線旋轉一周時允許的最大變動量。殼體孔相對于襯套孔的跳動,受到的影響因素比較多,經過分析主要因素有以下四個:

(1) 殼體φ36 mm孔圓度偏差大;

(2) 襯套φ9 mm孔圓度偏差大;

(3) 襯套外圓對內孔徑向跳動大;

(4) 兩孔軸線同軸度較大。

對上述這些因素分別進行分析排查。

2.1 殼體φ36 mm孔圓度偏差大

殼體φ36 mm孔是徑向跳動的被測要素,它的圓度偏差對測量的徑向跳動值有直接影響。圓度偏差值越大,測量的徑向跳動值越大。由工藝方法分析,該孔的加工是在加工中心上完成加工的,孔徑大而深度淺,加工用的鏜刀剛性足夠,能夠保證加工達到很高的形狀精度。而根據實際測量結果看,該孔的圓度偏差都在0.005 mm以內,相比較徑向跳動公差0.08 mm而言影響很小,所以可以排除殼體φ36 mm孔圓度偏差大的影響。

2.2 襯套φ9 mm孔圓度偏差大

襯套φ9 mm孔是測量徑向跳動的基準要素,如果襯套φ9 mm孔的圓度偏差大,會因為計量采點位置的不同而導致測量徑向跳動結果的不確定性。但是該孔是由研磨加工完成的,工藝過程都要求該孔圓度公差控制在0.002 mm以內,并且使用氣動量儀百分之百檢查合格,所以也可以排除襯套φ9 mm孔圓度偏差的影響。

2.3 襯套內外圓徑向跳動大

襯套外圓的加工是以內孔為定位基準穿芯棒磨削加工的,這種方式加工的外圓對內孔的徑向跳動都在0.005 mm以內。而襯套內孔的尺寸是在壓入殼體座孔之后經研磨完成。

研磨內孔是一個自為基準的工藝過程,另一方面襯套孔的長徑比接近于10,在這種條件下研磨孔很難改變之前由機械加工所形成的襯套內外圓之間的徑向跳動值,所以這個工藝過程可以將外圓的徑向跳動值控制在0.005 mm之內。因此,襯套內外圓跳動的原因也可以排除。

2.4 兩孔同軸度偏差大

φ36 mm孔與φ14 mm座孔的軸線同軸度偏差對測量徑向跳動值有直接的影響。理論計算可知,中心偏離增加0.01 mm,徑向跳動值就會增大0.02 mm。而且從實際計量結果來看,有相當一部分殼體的φ36 mm孔對φ14 mm座孔的同軸度偏差為0.03～0.04 mm,由這個因素引起的徑向跳動量可以達到0.06～0.08 mm。

2.5 綜合分析

殼體加工工藝過程如圖3所示。

▲圖3 殼體加工工藝過程

第95工序中,φ36 mm孔加工到了設計尺寸,同時還有后工序定位所用的A面也是在這道工序中加工的。第105工序對A面進行了研磨。第200工序,精鏜加工φ14 mm座孔到最終尺寸,定位基準是第105工序研磨的A面。分析殼體的加工過程可以看出,殼體的φ14 mm座孔和φ36 mm孔是在不同工序加工的,那么由于裝夾及定位精度誤差的存在,使φ14 mm座孔和φ36 mm孔的同軸度產生一定程度的偏差,從而影響組件中殼體孔對襯套孔的徑向跳動。

經過以上分析,確定殼體φ36 mm孔對φ14 mm座孔的同軸度是影響殼體組件中徑向跳動不合格的主要因素。

3 工藝改進

3.1 改進方案及對比

為了控制φ36 mm孔相對于φ14 mm座孔的同軸度,可以首先考慮將這兩個孔一次裝夾完成加工,但是鑒于這兩個孔的表面處理要求不同無法實現,所以在后工序加工φ14 mm座孔時采用單孔找正的方法加工。具體的改進方案有兩個。

方案一,在對殼體陽極化表面處理前增加半精鏜φ14 mm座孔余量的要求,與φ36 mm孔在一道工序中完成,在對殼體陽極化表面處理后精加工φ14 mm座孔時,找正φ14 mm座孔自身,再精鏜孔到最終尺寸。

方案二,在對殼體陽極化表面處理后的鏜孔工序改為用側面定位,加工時先單件找平A面,再找正φ36 mm孔坐標設置為零,然后精鏜φ14 mm座孔到最終尺寸。這兩個方案都是將φ36 mm孔相對于φ14 mm座孔的同軸度改為由機床的定位精度和找正精度來決定,可以確保將兩孔的同軸度誤差控制得很小。

比較這兩個方案,方案一雖然增加了φ14 mm座孔的半精鏜要求,但是加工者的手工作業量增加得不多。方案二雖然沒有增加φ14 mm座孔的半精鏜要求,可是還要找平A面,手工作業量和難度都比方案一有所增加,所以優先考慮采用方案一。

3.2 方案驗證及分析

首先對方案一進行了驗證,結果發現到殼體組件加工階段所有零件的跳動值均全部超差了,φ36 mm殼體孔對襯套φ9 mm孔的跳動都在0.12 mm以上,比原來改進之前的超差情況更為嚴重。

對方案一的工藝過程及殼體結構進行分析,發現殼體高度比較高,φ14 mm座孔較深。找正一般都是在孔口部進行,即上端,而φ36 mm孔是在下端,可以認為φ14 mm座孔上下兩端的中心投影到定位面上是不重合的,即半精鏜后的φ14 mm座孔相對于定位A面是不垂直的。而半精鏜φ14 mm座孔與A面銑加工同時在95工序一次裝夾完成,φ14 mm座孔對A面肯定是垂直的。在105工序中又對A面進行了研磨,這是唯一可能破壞φ14 mm座孔對A面垂直度的環節。結合研磨加工的特點分析,由于殼體A面上的一邊有凸起,在105工序研磨A面的時候不能清根,這樣會導致研磨完的殼體A面偏斜,如圖4所示。這樣在200工序加工時,由于定位A面的偏斜,在對φ14 mm座孔找正時,φ14 mm座孔軸線是傾斜的,如圖5所示。這種情況下,精鏜的φ14 mm座孔與φ36 mm孔的同軸度會產生較大的誤差。

▲圖4 殼體面研磨偏斜▲圖5 殼體孔偏斜

經上述分析,找到了問題的原因,驗證確認方案二的改進思路。這一方案中,要找平A面,可以保證最終加工出來的φ14 mm座孔對A面的垂直度,再單件找正φ36 mm孔后進行加工,這樣可以保證兩孔的同軸度誤差很小,以此達到控制φ36 mm孔對φ14 mm座孔的徑向跳動值的目的。經過加工驗證方案二是可行有效的,經統計,襯套壓入并研磨后φ36 mm殼體孔對φ9 mm襯套孔的徑向跳動合格率達到了100%。

4 結束語

殼體類零件結構復雜,要素多,加工過程比較煩瑣,工序之間影響因素也很多,需要我們針對零件的具體結構進行分析思考,要多關注,多考慮零件的特殊之處。尤其對于一些采取傳統的手工作業工序,要多思考這些加工方法的局限性和風險,對這些特殊結構在加工過程中會產生的實際影響要有準確的預見,這樣才能切實提高工藝編制和改進質量。