徐桂蘭，焦小明，張炳剛

（1.陜西工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西 咸陽(yáng)712000;2.西安惠安化學(xué)工業(yè)公司，陜西戶(hù)縣 712025）

棒料橫切是在生產(chǎn)中應(yīng)用很廣泛的一種加工方法。棒料橫切有效長(zhǎng)度及斷面品質(zhì)會(huì)大大影響產(chǎn)品的使用性能，在某些特殊行業(yè)甚至?xí)斐梢恍﹪?yán)重的問(wèn)題。某公司的旋刀切藥機(jī)曾經(jīng)出現(xiàn)頻繁更換零部件、設(shè)備維修次數(shù)大增、所切棒料長(zhǎng)度及斷面品質(zhì)長(zhǎng)期得不到穩(wěn)定保證的棘手問(wèn)題，浪費(fèi)了很大的人力、物力、財(cái)力，生產(chǎn)成本居高不下。為此，對(duì)原切藥機(jī)進(jìn)行分析研究，提出了技術(shù)革新的具體方案，采取有效措施對(duì)切藥機(jī)關(guān)鍵部位進(jìn)行技術(shù)改造，較好的解決了切藥機(jī)關(guān)鍵部件使用壽命短，棒料長(zhǎng)度及斷面品質(zhì)差的難題。實(shí)踐證明，切藥機(jī)技術(shù)改造方案是行之有效的，措施是得力的，改造是成功的，效果是明顯的。

1 零件的結(jié)構(gòu)與性能特點(diǎn)

本工序加工零件基本結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)單，為典型的棒料切斷件。但由于最終產(chǎn)品的特殊要求，其形狀為非圓形柱狀結(jié)構(gòu)，零件斷面形狀復(fù)雜且變化較大，如多棱形、梅花形等。零件加工品質(zhì)要求較高，長(zhǎng)度尺寸要求較準(zhǔn)，端面與其中心線必須垂直，并需平直、平整。零件材料為非金屬的特殊材料，硬度較低，不允許承受沖擊。零件為規(guī)模化流水線生產(chǎn)，生產(chǎn)效率高。

零件裝配時(shí)須裝入密閉容器中，要嚴(yán)格保證裝填密實(shí)、裝填量充足，以免影響最終產(chǎn)品的使用。

2 產(chǎn)品加工原理及工藝特點(diǎn)

本工序所用設(shè)備，是較早進(jìn)口的旋刀切藥機(jī)。工序加工內(nèi)容是按照上述零件斷面及長(zhǎng)度要求進(jìn)行切斷，其加工原理如圖1所示。

圖1 加工原理圖

從圖1中可以看到，棒料經(jīng)過(guò)前導(dǎo)板的導(dǎo)向，進(jìn)入中間的導(dǎo)輪，在導(dǎo)輪的夾持中實(shí)現(xiàn)棒料送進(jìn)，然后到達(dá)后導(dǎo)向板的導(dǎo)向定位錐孔中。回轉(zhuǎn)式旋刀在左側(cè)高速旋轉(zhuǎn)，其軸線與棒料軸線相錯(cuò)平行，回轉(zhuǎn)刀盤(pán)上裝有兩把旋切刀具，每一把切刀旋切六根棒料，刀盤(pán)回轉(zhuǎn)一圈，切下12根棒料。從每根棒料的定位、加工情況來(lái)看，棒料從后導(dǎo)向板錐面孔的大端進(jìn)入小端排出，并由旋刀在小端處進(jìn)行切割。由此可以看出，零件是在圓錐形導(dǎo)向孔中實(shí)現(xiàn)定位并完成進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，其加工原理比較簡(jiǎn)單，設(shè)備也不復(fù)雜，整個(gè)工藝系統(tǒng)一字形順序排列，便于調(diào)整，易于加工。零件加工具有以下基本特點(diǎn):

1）工件毛坯為線狀盤(pán)圓，在進(jìn)入后導(dǎo)向板前由工藝系統(tǒng)已經(jīng)拉直，因此可認(rèn)為零件毛坯為棒材。

2）零件毛坯采用前后導(dǎo)向板導(dǎo)向，中間傳送導(dǎo)輪夾持送進(jìn)。

3）由于零件生產(chǎn)率高，旋刀盤(pán)轉(zhuǎn)速很高，因此零件送進(jìn)為連續(xù)不間斷的送進(jìn)方式，工件是在直線運(yùn)動(dòng)中進(jìn)行加工。

4）工件切斷是在只有導(dǎo)向沒(méi)有夾緊的狀態(tài)下完成。

3 問(wèn)題的出現(xiàn)及初步判斷

然而，開(kāi)機(jī)生產(chǎn)后不久，產(chǎn)品品質(zhì)嚴(yán)重下降，其切斷面不平整，斷面與中心線不垂直，形成馬蹄形狀，并伴有斷面毛刺等缺陷，這種誤差和缺陷伴隨時(shí)間進(jìn)一步擴(kuò)大，使生產(chǎn)狀況很快惡化，迫使機(jī)器頻繁停產(chǎn)維修，造成生產(chǎn)成本加大，生產(chǎn)效率降低，嚴(yán)重影響了生產(chǎn)的正常進(jìn)行，但由于各種原因長(zhǎng)期以來(lái)沒(méi)有得到很好地解決。

針對(duì)上述問(wèn)題，在廠方的大力支持下，2005年開(kāi)始對(duì)工件加工技術(shù)進(jìn)行改造。為此對(duì)生產(chǎn)設(shè)備及其工藝工裝進(jìn)行了一系列的技術(shù)分析。

1）對(duì)工件的生產(chǎn)進(jìn)行了簡(jiǎn)單的觀察。觀察前后工序，確定本工序的原料無(wú)缺陷，后續(xù)工序的加工及裝配符合產(chǎn)品及其工藝要求，切割刀具與機(jī)床的調(diào)整位置沒(méi)有發(fā)生變化，機(jī)床調(diào)整狀態(tài)良好。

2）進(jìn)一步的調(diào)查生產(chǎn)過(guò)程，發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品品質(zhì)在起初生產(chǎn)的一段時(shí)間內(nèi)并無(wú)問(wèn)題，但經(jīng)過(guò)大概20 t原料的加工后，才會(huì)出現(xiàn)上述問(wèn)題。此情說(shuō)明，工件加工工藝系統(tǒng)原始調(diào)試狀態(tài)正確，只因隨著生產(chǎn)進(jìn)行，工藝系統(tǒng)狀態(tài)發(fā)生了變化并持續(xù)惡化。所以誤差是一個(gè)動(dòng)態(tài)過(guò)程，是一個(gè)隨著時(shí)間而變化的誤差累積過(guò)程。

3）分析與動(dòng)態(tài)有關(guān)的誤差因素，一般只有力變形、熱變形、磨損等。若是力變形的影響，則應(yīng)自始至終都存在品質(zhì)問(wèn)題;若是熱變形的影響，實(shí)際檢測(cè)證明工藝系統(tǒng)的溫升并不高，與事實(shí)不符;至于工藝系統(tǒng)磨損，與實(shí)際情況最為接近，因此初步判斷工藝系統(tǒng)磨損是引起產(chǎn)品品質(zhì)下降的主要原因，其他原因的影響則微乎其微。

4 導(dǎo)向板的磨損及其對(duì)切斷品質(zhì)影響的分析

根據(jù)初步判斷結(jié)果，再詳細(xì)地對(duì)設(shè)備工藝工裝進(jìn)行檢查，對(duì)容易發(fā)生磨損的各個(gè)部位進(jìn)行檢驗(yàn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn):刀具磨損正常;切藥機(jī)結(jié)構(gòu)沒(méi)有重大磨損;只有后導(dǎo)向板的導(dǎo)向錐孔磨損嚴(yán)重，并呈不規(guī)則的多棱形，其出（?。┒丝卓跒槔葼钜?jiàn)圖2所示，導(dǎo)向錐孔的徑向、軸向剖面與原設(shè)計(jì)形狀和尺寸相差很大。由此可以判定，并結(jié)合產(chǎn)品生產(chǎn)的工藝特點(diǎn)，產(chǎn)生零件切斷面誤差及缺陷的原因是后導(dǎo)向板導(dǎo)向錐孔的磨損過(guò)大，其依據(jù)是基于對(duì)零件生產(chǎn)進(jìn)行了以下的技術(shù)分析:

圖2 導(dǎo)向板

1）停產(chǎn)維修、更換新導(dǎo)向板后重新進(jìn)行加工，開(kāi)始加工狀況良好，但幾乎經(jīng)過(guò)相同時(shí)間后出現(xiàn)同樣問(wèn)題。

2）檢查后導(dǎo)向板的調(diào)整位置并無(wú)異常，排除導(dǎo)向板位置變化引起加工異常的因素。

4）根據(jù)設(shè)備的加工特點(diǎn)，工件加工時(shí)必須具有合適間隙，工件在加工中沒(méi)有有效、堅(jiān)實(shí)的支承，使其在加工過(guò)程中發(fā)生位移，定位位置發(fā)生改變。

5）工件導(dǎo)向?yàn)橐粓A錐孔，加工時(shí)只有在導(dǎo)輪處有少許夾持作用，工件切斷處并無(wú)有效夾緊。當(dāng)?shù)毒哌M(jìn)行切削時(shí)，其前端必然向下移動(dòng)并與圓錐導(dǎo)向孔相接觸，但后面有導(dǎo)輪的夾持，迫使工件發(fā)生彎曲，產(chǎn)生角度位移，使得切斷面呈一斜切面而非橫切面，形成馬蹄形。又由于工件彎曲后具有拉伸作用，使得工件在剪切的同時(shí)還受有拉伸，零件斷面產(chǎn)生拉伸變形，形成斷面拉毛現(xiàn)象。

6）工件位移、彎曲后，其前端與導(dǎo)向圓錐孔的下母線成為點(diǎn)接觸，壓力很大，形成摩擦，使圓錐孔前端很快磨損，孔徑迅速擴(kuò)大?？讖降臄U(kuò)大又加大了棒料與導(dǎo)向孔間的間隙，進(jìn)一步加重了后序工件的彎曲變形，隨著時(shí)間的推移，生產(chǎn)的持續(xù)，其磨損量快速擴(kuò)大并沿軸向擴(kuò)展，以致整個(gè)圓錐導(dǎo)向孔磨損變形。

7）隨著圓錐孔的磨損加大，由于工件毛坯為各種非圓形柱體，在壓力的作用下，其與圓錐孔接觸均為棱線接觸，發(fā)生摩擦，產(chǎn)生磨損，因此將圓錐孔磨損成與工件橫斷面相近的變截面的棱形不規(guī)則形狀。

據(jù)于上述分析，最終判定影響工件加工精度的主要原因是導(dǎo)向板導(dǎo)向孔形狀及尺寸的磨損。

5 導(dǎo)向板結(jié)構(gòu)的技術(shù)改造及其分析

依據(jù)以上判定結(jié)果，技術(shù)改造方向應(yīng)放在保持工件在加工中的位置不變以及如何減小后導(dǎo)向板導(dǎo)向孔的磨損及磨損速度兩方面。考慮到零件加工中，生產(chǎn)效率高，材料送進(jìn)為連續(xù)進(jìn)給，若采用零件夾緊的加工方案，其夾緊、松開(kāi)頻率高，容易產(chǎn)生振動(dòng)，反而對(duì)機(jī)構(gòu)運(yùn)行造成不良影響。另一方面由于棒材的性質(zhì)決定，不宜頻繁的受到?jīng)_擊，否則，棒材易折斷，同時(shí)還可能造成事故。所以摒棄零件在夾緊狀態(tài)下加工的技改方案，改造的重點(diǎn)確定在如何減小后導(dǎo)向板導(dǎo)向孔的磨損及其速度上。從此入手，分別在以下幾方面進(jìn)行考慮:

1）嚴(yán)格控制工件毛坯與導(dǎo)向孔間的原始間隙，尤其是出口處的間隙，減小工件的位置變動(dòng)量。

2）改變棒料的支持方式，改單點(diǎn)支承為多點(diǎn)支承，減小工件在受到外力作用后的角位移量和彎曲變形量。

3）嚴(yán)格限制工件受到外力后與導(dǎo)向孔間的接觸壓力，尤其是出口處的接觸壓力，從而降低導(dǎo)向板的磨損速度，提高導(dǎo)向板的使用壽命。

為此采取了以下措施:

1）因棒料是斷面形狀為多種多樣的柱狀體，要將零件支承元件設(shè)計(jì)成與其斷面相吻合，達(dá)到增加接觸面積，降低接觸壓力，減低磨損速度不現(xiàn)實(shí)，因此支承孔的斷面形狀仍設(shè)計(jì)為簡(jiǎn)單的圓截面。

2）在工件與導(dǎo)向孔原始間隙合適的情況下，將圓錐導(dǎo)向孔改為前邊為圓柱形、后為圓錐孔的組合形式。首先，因?yàn)楹髮?dǎo)向板具有比較長(zhǎng)的圓柱形導(dǎo)向孔，因此工件毛坯有效導(dǎo)向長(zhǎng)度增加;其次，受較長(zhǎng)圓柱孔壁的限制，即使工件無(wú)夾緊，在相同的間隙下，工件產(chǎn)生偏斜量也會(huì)大大降低;第三，若導(dǎo)向圓柱孔產(chǎn)生磨損、孔徑擴(kuò)大，也會(huì)使工件與導(dǎo)向孔的實(shí)際接觸支承點(diǎn)增加，降低了導(dǎo)向圓柱孔接觸壓力，減緩了磨損速度，從而較長(zhǎng)時(shí)間的保證工件斷面形狀與品質(zhì)要求，提高了導(dǎo)向板的使用壽命。改造后的導(dǎo)向板如圖3所示，導(dǎo)向板上的圓柱孔為d26 mm，與零件公稱(chēng)直徑匹配，并留有適當(dāng)間隙;圓柱孔長(zhǎng)度為35 mm，與工件長(zhǎng)度要求尺寸匹配，導(dǎo)向板的其余尺寸及結(jié)構(gòu)不變。

6 工藝驗(yàn)證

采用上述定位導(dǎo)向方案，按照改造后的導(dǎo)向板結(jié)構(gòu)尺寸，重新進(jìn)行裝配、安裝、調(diào)整，設(shè)備經(jīng)過(guò)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，使合格產(chǎn)品產(chǎn)量由20 t穩(wěn)定的增加到100 t，生產(chǎn)中頻繁停車(chē)、頻繁更換導(dǎo)向板的問(wèn)題得到了解決，產(chǎn)品的生產(chǎn)效率與效益得到了很大的提高，改造的效果是非常明顯的。

圖3 改造后的導(dǎo)向板圖

7 結(jié)論

在本例技術(shù)改造中，零件位置不準(zhǔn)是影響加工品質(zhì)的主要因素，包括靜態(tài)和動(dòng)態(tài)位置;工件導(dǎo)向板導(dǎo)向孔的磨損及其變形，是影響零件位置不準(zhǔn)的重要環(huán)節(jié);導(dǎo)向孔的改造，以減緩導(dǎo)向孔磨損速度為關(guān)鍵，并針對(duì)此采取有效措施。實(shí)踐證明，效果是良好的。生產(chǎn)中的技術(shù)改造應(yīng)兼顧品質(zhì)、生產(chǎn)率、效益相統(tǒng)一，以追求最佳綜合效果為原則。