接頭零件工藝方案的優化與改進

歐陽阿寧，石鑫，熊洪源，萬建平，敖曉暉，蘇校峰，王忠建

南昌新寶路航空科技有限公司 江西南昌 330024

1 序言

某接頭零件6個面均需加工，槽口有一定的尺寸精度要求，材料去除量較大。其初始工藝方案主要采用線切割+普通銑削+磨削的加工模式，其中90%的工作內容集中在線切割和磨削上，線切割主要加工出零件外形，磨削保證最后的尺寸精度。實際生產中，線切割加工耗時較長，磨削工作量也極大，零件的加工效率極低，不適合批量加工。現對該接頭零件的工藝方案進行優化改進，提出兩種方案，并進行對比論證，從而找出適合批量加工的工藝方案[1，2]。

2 零件結構

圖1為接頭零件結構，材料為30CrMnSiA高強度合金鋼，熱處理后抗拉強度σb＝（1175±100）MPa，多用于飛機、導彈上的主要受力零部件。從結構上看，接頭零件的前、后、左、右、上和下各面（以A～F表示）均有一定的加工內容，需要多工位反復加工。另外，該零件尺寸精度等級最高為IT8級。

圖1 接頭零件結構

3 工藝難點分析

1）由于受來料自由鍛毛坯尺寸限制，實際工藝編排中，并沒有多余的區域設置工藝孔及裝夾孔，也沒有足夠的區域放置壓板，故初始工藝方案采用虎鉗進行定位、裝夾，以滿足加工需求。在實際生產中的確成功加工出了幾批零件，然而在加工過程中，一直存在輔助裝夾時間長，線切割等主要工序加工效率低，在線測量難度大，極易產生錯誤的測量結果等問題，致使零件批量生產報廢率高，表面質量不好。

2）零件6個面均有加工要求，通過多工位虎鉗裝夾加工的方式，勢必造成定位誤差的累積，導致零件各相關聯的尺寸難以保證。通常，想要一次性裝夾零件并加工多個工位，原則上會采用五軸數控機床，但考慮到公司五軸機床的產能制約，暫定采用三軸多工位加工方案，在加工過程中需要反復進行基準校正，并增加一定的防差錯手段（例如增加半精加工程序，加工完畢后根據實測值調整）。

3）零件毛坯為自由鍛件，是金屬材料通過沖壓、塑性變形而得到的，材料內部存在較大的殘余應力[3]。此外，零件粗加工后還要進行淬火、時效處理，此過程中也會出現較大變形。為此針對上述問題，進行消除變形量的工藝改進。

4 工藝改進方案一

方案一工藝流程為：加工基準面→三軸粗、精加工A面→三軸粗、精加工B面→三軸粗加工C面→三軸粗加工D面→三軸粗加工E面→三軸粗加工F面→熱處理→三軸精加工E面→三軸精加工F面→三軸精加工C面→三軸精加工D面→銑削→鉗加工→半成品檢驗。

方案一主要采用三軸數控多工位加工方式，擺脫了初始方案中線切割和磨床的低效加工。考慮到零件加工中途需要進行熱處理，一般熱處理后零件或多或少都會產生一些應力變形，因此在工藝安排上需要考慮上述因素對后續加工的影響。

綜上，方案一將零件的加工流程大致劃分為：一般尺寸的粗、精加工到位，粗加工精密尺寸部位，熱處理，精加工精密尺寸部位等幾個主要的加工階段，并合理安排每階段的加工余量和工序內容。

方案一存在的主要問題為：工藝流程在三軸機床上共有10個工位，需要裝夾、校準10次，人為因素對零件質量的影響比較大，基準難以統一。為保證加工精度，需要耗費大量輔助時間，加工過程過于繁瑣，效率低，零件加工周期較長。

方案一雖然比初始工藝方案優越，但是并沒有很好地解決接頭零件加工效率低、報廢風險高及質量不穩定等問題。

5 工藝改進方案二

方案二工藝流程為：加工基準面→三軸粗、精加工A～D面→三軸粗加工E面→三軸粗加工F面→熱處理→三軸精加工E面→三軸精加工F面→三軸精加工C面→三軸精加工D面→銑削→鉗加工→半成品檢驗。

在方案一的基礎上，方案二主要設計并投入使用一套工裝夾具來減少裝夾次數，從而降低人為因素對零件精度的影響，同時縮短人工輔助裝夾時間，以達到提高零件質量和加工效率的目的。通過分析零件結構特點，將方案一中三軸數控粗、精加工A～D面的內容整合成一道工序，此時采用一套可以旋轉360°的側裝卡盤，即可實現一次裝夾加工4個工位面的目的，而后續工序則繼續沿用方案一的工藝流程。可旋轉卡盤及零件的裝夾如圖2所示。

圖2 可旋轉卡盤及零件的裝夾

6 兩種工藝改進方案的對比

兩種工藝改進方案加工的零件一次交檢合格率及典型尺寸合格情況對比見表1。

表1 零件一次交檢合格率及典型尺寸合格情況對比 （%）

按流水形式作業，每道工序安排一臺數控機床，兩種方案數控加工時間對比見表2。

表2 數控加工時間對比

試驗數據表明，方案二的產品合格率和加工精度明顯優于方案一，并且節省了大量的加工輔助時間，減少了占用機床數量。

7 結束語

實踐表明，工藝改進方案二非常適合接頭類零件的批量加工，可大幅提高產品質量和加工效率，零件的典型尺寸得到保證，批量生產合格率基本達到100%，節點交付周期明顯縮短，達到了改進目的。該方案同樣可以借鑒應用于其他需要多工位、多面加工的零件。