小壳体零件的工艺研究

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　　【摘 要】壳体零件的结构较复杂，内部呈腔形，其加工表面主要是平面和孔，对于平面的精度，一般端面需较高的平面度和较小的粗糙度，同时，孔与孔之间的相互位置精度也需要保证，使用加工中心既可以保证精度又可以提高效率。
　　【关键词】小壳体；铸件毛料；加工余量
　　对于一些小壳体零件，由于铸造毛料，结构复杂，在以往，合格率低至30%左右，零件的设计要求很难得以保证，高投入低产出的日子持续了很长时间，为彻底解决这一瓶颈问题，能提高产品合格率，减少废品损失，完成现场的生产任务，我们对该系列零件的加工进行了工艺攻关研究。
　　1拟定工艺流程应遵守的原则
　　1.1正确选择各加工面的工艺方法和工步数。
　　1.2合理确定工序间余量。
　　1.3先面后孔，先加工定位基准面，再加工其余面和孔。
　　1.4粗精加工分开，先粗后精，对于同一加工表面的粗精加工工步在加工时应拉开一段时间，以避免切削热、机床振动、残余应力以及夹紧力对精加工的影响。重要表面的粗加工工序应尽可能提前，以利于及时发现和剔除废品。
　　1.5工序的适当集中与合力分散相结合：（1）工序集中可提高加工效率，减少设备数量，简化生产现場加工系统的结构；（2）将壳体零件的有相互位置精度要求的加工表面在加工中心一个工位加工出来；（3）加工中心上工序集中一般采用多刀、多轴、多面或多工件同时加工；（4）加工中心工序集中的程度以保证壳体加工精度，加工时不超出加工中心的性能范围，不得使数控刀具调整和更换过于困难；（5）工序分散能简化数控刀具的结构，使得加工中心便于调整、维护、操作，也有利于平衡限制工序加工节拍，提高加工中心的利用率。工序适当单一化，镗大孔、攻螺纹等工序无需集中在同一加工中心上，攻螺纹可在专门的钻削中心上进行。
　　2外壳的焊接
　　2.1.焊接工艺分析与焊接应力的形成
　　焊接是采取加热、加压的处理办法来将两种工件融合在一起，这一过程中，可根据实际需求来选择是否使用填充材料。在构件中还留有一定的焊接应力，这部分应力也容易带来焊接变形等问题，甚至还可能使外壳的隔爆性能变差。开始焊接时，局部的构件处于加热状态中，各部分的变形程度也不一样，同时还会产生内热应力，越加热，其温度和内应力也会逐步上升，当内应力上升到其材料的承受极限时，构件中某些材料便会出现塑性变形的问题。焊接完毕后，温度会有所下降，各个部分所引起的收缩变形情况也不一样，此时还可能形成新的内应力。
　　2.2.防止焊接变形的办法
　　2.2.1.焊缝的设计
　　设计焊缝时，焊缝的数量要尽量减少，可直接用折弯板来取代焊接板，同时还应选好焊缝所在的位置，尽可能别让其过于集中或交叉；应认真考虑焊缝的形状和结构形式，建议使用双U形坡口、双V形坡口等形状[2]。这是因为这两种结构形式能减少焊接变形的可能。此外，焊缝的截面尺寸应尽量减小，建议先使用直径较小的焊条进行焊接，这样形成的内应力相对来说也比较小，不容易出现焊接变形的情况。
　　2.2.2.选择恰当的焊接工艺方法
　　焊接时，应先选择焊收缩量偏大的焊缝进行焊接，让其能得到自由收缩，同时内应力也能得到均衡分布。例如：在焊接防爆开关的外壳时，因对接焊缝的收缩状态较为明显，因此建议将其放在焊接的首位，焊接完这一部位后再对角焊缝进行焊接；如果焊缝完全被密封，在焊接前，我们可将构件进行装配，使其产生与焊接变形相反的预先变形，这么做也是为了避免焊接后壳体再次发生变形。
　　3壳体零件的技术要求分析
　　（1）要确保主视图位置公差26±0.02、55±0.02、9.5±0.02，主视图B面与￠15沉孔平面距离31.6±0.02，平行度0.02符合图纸要求。
　　（2）右视图￠18+0.02孔与￠11+0.02轴承孔有垂直度要求，所以二次装夹所用基准要保持相互垂直关系。
　　（3）右视图平面与￠11+0.02轴承孔中心有67±0.02位置公差要求。
　　（4）后视图孔位置与主视图孔位置有同位度要求。
　　4在安排工艺流程中主要考虑的因素
　　（1）选择最短的加工工艺流程。
　　（2）尽量发挥机床的各种工艺特点，追求最大限度地发挥数控机床的综合加工能力特长（多工序集中的工艺特点），应在生产流程中配置最少的机床数量、最少的工艺装备和夹具。
　　（3）工序集中与工艺加工渐精原则的矛盾。
　　（4）在对典型工件族工艺流程的安排中，应妥善安排各台机床和生产线的手工调整和检测等工作，即人工干预的影响。
　　5零件的设计要求及加工难点
　　小壳体是油门杆操纵机构中的零件，内配滑轮，和钢索联合起传动作用。该零件结构复杂，毛料为CT7级精度熔模铸件，零件上多处需机械加工，部位间相互均有位置要求，加工时装夹困难，毛料与机加之间的同轴问题矛盾突出，因此零件上各部分同时保证装配位置，这对零件加工提高了难度。
　　加工难点：
　　圆柱位置即要求加工出M14外螺纹，设计考虑到零件结构复杂，零件背面有一个内圆球状形面相连，四方与圆柱面相接，后空刀槽不必机加，M14螺纹机加出即可，直接铸造到位，但在M14圆柱内部要求钻、扩、铰通孔，这一步机械加工与原始铸造圆心造成客观偏移，使退刀槽部分最终壁厚偏薄，这一项目难以满足设计要求，也是小壳体零件中易超差部位，难点所在。
　　6零件超差的原因分析
　　由于零件结构复杂特殊，铸件毛料在成形后热处理释放应力过程中变形机率极大，随之自然变形，其中两项变形为主要影响因素。
　　6.1首道工序基准B面与Ф14圆柱面不垂直，定位面不准确，直接导致加工从开始就脱离原始中心线，其后的多道工序再传递加积累定位误差，致使最后一个工序机加中心与毛料原始中心越偏越远，而机械加工M14同时在原中心钻通孔，在没有余量的Ф12小圆柱段的壁厚差最为明显，薄处超出极限者因此而报废。同时定位不准的毛料，划线检查余量的结果也不可靠，垂直度需限制大0.3mm以内。
　　6.2变形情况是，毛料螺纹圆柱中心直接变形偏离原始中心线，这类毛料由于退刀槽外无余量，中心偏离超过0.5mm以上者就没有挽救的希望了。
　　另外，原机械加工的方法为直接领料按工艺规程加工，而由于零件结构复杂，前几个工序加工中并不能反映出最后工序（加工螺纹柱和内孔工序）的可能结果，而偏偏这最后工序还必须得其它部位加工完才得到定位面，才可实施加工。这样，前面的大部分工序一切正常，以至最后的半成品就不得不半途成废品，因为带有机加表面的半成品不能再进行毛料校正了，因而失去了挽救的机会，这个结果让人感到婉惜，无奈，大家决心一定要把废品率降下来。
　　6.3增加提前划线工序
　　根据该零件的具体情况，力求降低废品率，采取提前预防措施，我厂和铸造厂共同商定，毛料在出厂前在铸造厂先按我机加厂要求划线筛选，觉得有把握的毛料发出来，由于毛料厂划线条件有限，我们机械加工工节中也增加划线检查余量的工序，现采用领料后逐个毛料划线法，首先检查定位面，垂直度限制在0.35以内，超范围的毛料返修至定位面符合要求。然后再次回来划线检查中心偏移量，在单面1mm以内者留下加工。中心偏移量大于1mm的毛料在机加前再退回毛料厂，给他校正机会，予以挽救，尽可能的降低超差机率。
　　7结语
　　通过以上113件毛料的加工跟产记录看出，改进后的合格率由原30%提高到88.3%，该零件在加工中产生的壁厚不均问题得到了有效控制，说明此工艺方法是行之有效的。
　　参考文献：
　　[1]机械制图[M].高等教育出版社.
　　[2]金属材料与热处理[M].高等教育出版社.
　　[3]公差配合与技术测量[M].人民教育出版社.
　　（作者单位：长城汽车股份有限公司）
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