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高能预警!在这里,最薄处不足1毫米的零件合格率达到100%

2022年05月25日 来源:智造工场 作者:寇兴华
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作为ZL28成型机组上的重要零件,支板薄且长,精度高,易变形,多处公差要求控制在0.02毫米(含)内。河南许昌烟机公司通过跨部门合作的方式,优化加工工艺,实行对称铣切,成功攻克了薄壁、异形类零件的加工难题,支板零件合格率达到100%。

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许昌烟机生产技术部与机加车间围绕箱体柔性线、螺纹磨床等关键设备使用中遇到的技术难题和如何推进智能制造等工作进行深入探讨。杜鹃鹃摄

支板零件是许昌烟草机械有限责任公司ZL28高速滤棒成型机组上的重要零件。该零件原材料是超硬铝,两处由内外圆弧相交形成的曲面酷似山羊的角,因此又被形象地称为“羊角”。整个零件又薄又长,最薄处不足1毫米,属于典型的薄壁、异形类零件。

薄壁零件致命的弱点是加工极易变形。对于“羊角”这个零件,引起变形的因素无外乎两点:一方面,零件材料去除率高达90%以上,去除量大;另一方面,薄壁异形类零件形状不规则,装夹难度大。

要生产出合格支板零件、圆满完成生产任务,需要较高的工艺技术和加工水平。今年2月底,许昌烟机公司组织生产技术部、机加车间技术骨干,开展了跨部门联合攻关。

优化加工工艺是前提。生产技术部副主任工程师孙万杰根据零件精度高、极易变形的特点,对工艺规程进行“拆分”:不仅按传统方法分成粗加工、半精加工、精加工“三步走”,还细化机械加工工序,增加工艺草图,从加工部位、余量等方面具体指导生产,防止零件加工变形。同时,他还根据材料去除量大的特点,设计了几道稳定处理工序,以消除零件加工过程中产生的内应力,进而稳定加工质量。

选择适用的加工方法是关键。许昌烟机公司将加工任务交给了加工经验丰富、酷爱钻研的高级技师朱润涛。

装夹问题是加工零件首先要解决的问题。装夹如此高精度、极易变形的重要零件,没有经验可供借鉴,只能自主摸索。朱润涛仔细研读图纸,熟读工艺规程。从毛坯到成品,零件每一个阶段“长”什么样,他都烂熟于心。在此基础上,他制作专用工装,避免加工过程中出现干涉现象,尽可能一次装夹多个结构;使用精密虎钳装夹,确保定位精准、装夹稳固,并尽可能降低加工成本;巧妙利用五轴加工中心立卧转换等先进的功能,尽量减少因装夹频繁带来的加工精度降低问题,提高加工的质量和效率。

装夹问题搞定,接下来就是加工。

五轴加工中心加工零件,主要方式是铣削,不同零件所用的铣削方法也不相同。支板零件壁太薄,特别是内外圆弧面相交构成的两只“角”,最薄处不足1毫米,需要用刀具铣削成形,选择科学适用的铣削方法很重要。

朱润涛在摸索铣削“羊角”的最佳方式时,颇费了一番周折,仅仅是加工参数的摸索,就用了一天时间。他根据加工时工件发出的声音、机床振动等情况,判断切削参数是否合适,小心翼翼地试验着各个数据。如果找不到合理的切削参数,比如吃刀量、进给量、切削速度等,零件的加工就无从谈起。

参数找到后,如何切削又是一个难题。加工阶段不同,切削方法也不同。最难的是精加工阶段,虽然在半精加工阶段就预留好了加工余量、工艺搭子,但在第一刀试切时,零件还是出现了波浪一样的振纹。薄壁零件出现振纹绝不仅仅是粗糙度差的问题,更是精度超差的前兆。如果平行度、对称度等各项精度无法保证,零件加工出来就是废品。

朱润涛动脑筋想办法,先用铣刀“吃”进0.05毫米,把一只“角”的内外圆弧面铣了一遍,再按照同样的方法处理另一只“角”。加工完毕,测量时发现,两只“角”的大小竟然不一样——相差0.03毫米,超出了0.02毫米的公差范围。进一步分析发现,两只“角”的加工存在时间差,造成公差偏大。

看来常规的路走不通,朱润涛决定另辟蹊径。既然时间差影响加工效果,那么同时加工两只“角”呢?他尝试采用对称式加工,即左右轮流加工,也就是左边“吃”进一刀,接着右边也“吃”进一刀,这样左右两边加工和等待的时间相同。试切后测量,两只“角”的大小相同,终于找到了正确的铣削方法!

首件零件加工好了,朱润涛再次测量。测量结果出乎意料:零件的各项公差均在0.02毫米以内,精度高于图纸所标注的公差范围。成功了!

前不久,按照新工艺规程和加工方法生产的3件支板零件以100%的合格率通过质检,顺利入库。

支板零件加工难题的解决,为异形薄壁零件的加工提供了新思路、新方法,特别是为防止机械加工变形提供了科学有效的方法。

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