□ 程 升

上海電氣上重碾磨特裝設(shè)備有限公司 上海 200245

1 研究背景

隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,提升產(chǎn)品核心制造能力和質(zhì)量成本控制成為企業(yè)成敗的關(guān)鍵因素。在某產(chǎn)品的制造過(guò)程中,有一組超大型環(huán)狀薄壁不銹鋼零件,如圖1所示。由于這些零件直徑大、壁厚超薄、加工精度要求高,因此變形量控制成為整個(gè)制造過(guò)程中的關(guān)鍵。

圖1 超大型環(huán)狀薄壁不銹鋼零件

由于原制造商在前期制造過(guò)程中未能有效消除加工過(guò)程中的變形,使制造出的超大型環(huán)狀薄壁不銹鋼零件平面度超差,外圓扭曲,尺寸、形狀精度和表面質(zhì)量均無(wú)法達(dá)到設(shè)計(jì)要求。雖然經(jīng)多次試制,但收效甚微,由此造成這一類零件多次試制報(bào)廢,嚴(yán)重影響項(xiàng)目的整體進(jìn)度。

通過(guò)充分分析原制造商加工過(guò)程中存在的工藝質(zhì)量問(wèn)題,筆者提出重點(diǎn)在裝夾技術(shù)、刀具選用、切削參數(shù)、翻身作業(yè)等方面進(jìn)行技術(shù)攻關(guān),減小制造過(guò)程中各種變形因素產(chǎn)生的影響,進(jìn)而保質(zhì)保量按時(shí)交貨。

2 工藝性分析

超大型環(huán)狀薄壁不銹鋼零件由三塊厚度為40 mm、材料為316L的不銹鋼板拼焊而成。零件外徑為4 764 mm,內(nèi)徑為4 706±0.8 mm,壁厚為29 mm,高度為25±0.1 mm,兩平面的平面度不大于0.2 mm,外圓表面加工出寬16 mm、深8 mm的環(huán)槽,環(huán)槽圓周上均布36-φ12 mm孔。這一類零件屬于典型大直徑、超薄壁、弱剛性、不易切削加工的不銹鋼零件。加工過(guò)程中,由于受夾緊力、切削力、切削振動(dòng)的影響,零件極易產(chǎn)生受力、受熱變形。當(dāng)零件卸除裝夾并充分冷卻后,上述各因素引起的變形使零件尺寸精度、形狀精度、表面質(zhì)量無(wú)法達(dá)到設(shè)計(jì)要求[1-4]。

3 工藝改進(jìn)要點(diǎn)

超大型環(huán)狀薄壁不銹鋼零件在加工中無(wú)法徹底消除變形,只能通過(guò)以下方法減小變形量,使零件質(zhì)量滿足設(shè)計(jì)要求:

(1) 設(shè)計(jì)制造胎具,采取工裝輔助裝夾,提高零件剛性;

(2) 合理選用刀具及切削參數(shù),提高零件表面加工質(zhì)量;

(3) 優(yōu)化工藝方案,減小變形影響,控制關(guān)鍵尺寸及形位精度,進(jìn)而滿足設(shè)計(jì)要求;

(4) 對(duì)于工序間流轉(zhuǎn)及翻身作業(yè),使用起吊翻身裝置。

4 胎具的設(shè)計(jì)

由于超大型環(huán)狀薄壁不銹鋼零件交貨周期短,而設(shè)計(jì)專用工裝耗時(shí)長(zhǎng),對(duì)此筆者提出采用高效低成本的解決辦法,利用公司報(bào)廢鍛件改制成裝夾用胎具。制成后的胎具為內(nèi)徑4 500 mm、外徑5 500 mm、厚度400 mm的環(huán)狀鍛件。在胎具裝夾零件的平面上,圓周均布加工出T形槽,如圖2所示。沿T形槽徑向可調(diào)整對(duì)零件的夾緊位置,進(jìn)而滿足夾緊不同直徑系列零件的需求[5-8]。

圖2 胎具

這一胎具具有如下優(yōu)點(diǎn):

(1) 用壓板將零件與胎具裝夾成一體,胎具為零件提供具有大接觸面積的平穩(wěn)基礎(chǔ),提高了剛性,這一方案比用等高鐵多點(diǎn)輔助支撐的方法具有更好的剛性和平穩(wěn)度;

(2) 可順著T形槽徑向調(diào)整裝夾位置,一套胎具能滿足系列化多尺寸規(guī)格的裝夾要求;

(3) 多條T形槽同時(shí)夾緊,可以保證裝夾時(shí)均勻?qū)ΨQ夾緊零件,使零件受到均勻的夾緊力,減小變形量。

5 刀具及切削用量

由于零件壁厚為29 mm,高度為25 mm,所需加工余量較小,因此可一次走刀完成對(duì)內(nèi)圓、外圓和端面的車削加工,這樣用時(shí)較短。對(duì)比進(jìn)口與國(guó)產(chǎn)刀片性能參數(shù),見(jiàn)表1。決定選用耐用度稍低但切削性能與進(jìn)口刀片相當(dāng)?shù)膰?guó)產(chǎn)不銹鋼專用車削及切槽刀片,進(jìn)行平面車削及外圓上的環(huán)槽加工,這樣可以保證在精加工過(guò)程中不換刀,一次走刀完成精加工面。加工時(shí),根據(jù)零件薄壁的特點(diǎn),可采用低進(jìn)給量、小切削深度進(jìn)行加工。通過(guò)實(shí)踐驗(yàn)證,國(guó)產(chǎn)刀片的性能、適用性、實(shí)際使用效果都較好,與進(jìn)口刀片相比性價(jià)比高,既能滿足零件的加工質(zhì)量要求,又具有經(jīng)濟(jì)性。

表1 刀片性能參數(shù)對(duì)比

6 加工工序

超大型環(huán)狀薄壁不銹鋼零件詳細(xì)加工工序見(jiàn)表2。

表2 加工工序

7 裝夾方案

根據(jù)零件尺寸,在胎具上精車環(huán)形裝夾平面,要求平面度不大于0.02 mm。當(dāng)零件放置于胎具上時(shí),可以保證胎具與零件的定位接觸面大,定位精度高。零件上平面按三點(diǎn)法校正水平,零件底面與胎具的間隙用墊片墊實(shí),確保零件定位面與胎具基準(zhǔn)面自然、緊密貼合,增大接觸剛度。

圖3 車削加工現(xiàn)場(chǎng)

沿零件軸線方向壓緊零件。由于零件軸線方向剛度大,不易產(chǎn)生夾緊變形,因此選用壓板沿零件軸線方向施加壓緊力。在保證壓緊的前提下,采用盡可能小的均布?jí)壕o力,適當(dāng)增加夾緊點(diǎn)數(shù)量,以增大壓緊力作用面積,使零件均勻受力。

8 尺寸精度及平面度

分粗車、半精車、精車三個(gè)階段進(jìn)行加工,減小熱變形引起的誤差。粗車要盡可能去除較多的加工余量,半精車時(shí)僅對(duì)零件尺寸精度和形位精度要求較高的重要待加工面留精加工余量,其余待加工面可加工至圖紙要求。各工序間要保持足夠的冷卻時(shí)間,釋放因受力及受熱引起的變形。

粗車時(shí),在外圓待加工區(qū)域搭壓板,單面留5～6 mm余量。粗車內(nèi)圓及高度平面后,再在內(nèi)圓搭壓板,單面留5～6 mm余量粗車外圓。

粗車后松開(kāi)壓板,零件經(jīng)自然時(shí)效處理,零件平面按三點(diǎn)法校正水平。零件底平面與胎具的間隙用墊片墊實(shí)后,高度方向單面留1 mm加工余量半精車。內(nèi)外圓倒角尺寸根據(jù)高度余量加大,其余尺寸精車至圖紙要求。

鉗工劃端面孔線和外圓表面環(huán)槽內(nèi)的周向孔,并鉆鏜端面孔和外圓表面環(huán)槽內(nèi)的周向孔。

零件重新上車床,零件高度上的平面按三點(diǎn)法校正水平。環(huán)槽處搭壓板,零件底面與胎具間隙用墊片墊實(shí),精車平面使尺寸及平面度符合圖紙要求。

9 起吊運(yùn)輸

在工序流轉(zhuǎn)、起吊翻身作業(yè)中,通過(guò)使用起吊翻身裝置來(lái)增大零件剛性,以保證零件受力均勻、平穩(wěn)起吊。

10 結(jié)束語(yǔ)

筆者對(duì)超大型環(huán)狀薄壁不銹鋼零件加工變形控制進(jìn)行了研究。新的工藝方案采用報(bào)廢鍛件改制裝夾胎具,在自然狀態(tài)下按三點(diǎn)法校正水平,沿零件軸線方向壓緊零件,粗、精加工合理分序,翻身作業(yè)時(shí)使用起吊翻身裝置,保證零件按時(shí)交貨,一次制造成功,體現(xiàn)出盡可能節(jié)約制造成本的優(yōu)點(diǎn),為贏取用戶信任、后續(xù)項(xiàng)目合作打下了良好基礎(chǔ)。