動(dòng)車潔具噴嘴制造工藝分析與優(yōu)化

徐　寧　劉思默　吳承楠

(①福建信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程系，福建 福州 350003；②福州精銳三合機(jī)械有限公司，福建 福州350003)

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動(dòng)車潔具噴嘴制造工藝分析與優(yōu)化

徐寧①劉思默①吳承楠②

(①福建信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程系，福建 福州 350003；②福州精銳三合機(jī)械有限公司，福建 福州350003)

通過(guò)對(duì)動(dòng)車潔具噴嘴體加工工藝的研究,分析加工噴嘴過(guò)程中的工藝難點(diǎn),研究產(chǎn)品大批量生產(chǎn)的解決方案,通過(guò)優(yōu)化工藝路線，設(shè)計(jì)專用夾具，合理選擇刀片，選用最佳切削用量等實(shí)踐，證明該工藝方法可行，能提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品合格率。

動(dòng)車噴嘴；結(jié)構(gòu)分析；生產(chǎn)工藝；優(yōu)化

動(dòng)車潔具噴嘴是利用高壓水射流技術(shù)清洗動(dòng)車衛(wèi)生潔具的重要執(zhí)行元件,它的功能不僅是使水流由高壓低速轉(zhuǎn)化成為低壓高速射流,而且保證射流具有優(yōu)良的動(dòng)力性能，其性能的優(yōu)劣,將直接影響清洗效果。噴嘴需具備用水省、效率高、無(wú)飛濺、無(wú)污染、清潔效果好的要求和美觀耐用等特點(diǎn)。因此噴嘴在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、材料選擇、加工制造等方面都提出了較高的要求。

1　產(chǎn)品工藝分析

該產(chǎn)品由噴頭、噴嘴體、特扁螺母、堵頭等4個(gè)零件裝配而成。噴頭和噴嘴體的結(jié)構(gòu)如圖1、圖2所示，噴頭通過(guò)M5螺紋孔與噴嘴體連接，噴嘴體兩側(cè)螺紋用于管路連接，堵頭和特扁螺母為標(biāo)準(zhǔn)件。

產(chǎn)品的主要件噴頭和噴嘴體工藝特點(diǎn)如下：

(1)噴頭為球面，要求具有較高的表面質(zhì)量，噴口處內(nèi)外均有錐角要求，與噴嘴體配合部分要有良好的密封性。噴頭側(cè)面有一寬0.6 mm窄縫為噴嘴出水口，線切割加工。

(2)噴嘴體主要加工面為φ20 mm外圓柱面、φ17 mm和φ11 mm內(nèi)圓柱面、兩側(cè)平面、內(nèi)螺紋、側(cè)向螺紋孔等。加工噴嘴體時(shí)以毛坯一端為加工粗基準(zhǔn)加工各個(gè)外圓柱面及內(nèi)外螺紋，再掉頭切斷加工內(nèi)孔。

(3)噴嘴體上的φ17 mm孔與M5螺紋孔以及噴頭上的φ5.2 mm孔與φ17 mm外圓柱面有同軸度要求。

(4)噴嘴體上有四處螺紋分別為：噴嘴體上M5內(nèi)螺紋是噴嘴體與噴頭緊固連接，與φ17 mm孔有同軸度要求，應(yīng)一次裝夾加工完成；M22x1螺紋是噴嘴體與潔具外殼連接用螺紋，因注意其長(zhǎng)度要求不少于6 mm；R1/4管螺紋是噴嘴體與堵頭連接起密封堵漏作用其長(zhǎng)度為6.8 mm；R1/8管螺紋是噴嘴體與給水管道連接用螺紋其螺紋小徑要求為8.566 mm。

(5)在噴嘴體φ17 mm圓底面均布有4個(gè)φ3.5 mm圓孔，其與φ17 mm圓心距5.5 mm，且在鉆通處為半孔，起到導(dǎo)流作用，要求無(wú)毛刺，避免噴嘴堵塞。

產(chǎn)品的材料選擇：該產(chǎn)品為一般性零件，沒(méi)有強(qiáng)度、硬度和耐磨性等性能要求，也無(wú)需進(jìn)行熱處理，但該產(chǎn)品長(zhǎng)期在潮濕環(huán)境下工作，要求具備良好的防銹耐腐蝕性能，對(duì)外觀要求較高，因此選用304不銹鋼為最佳材料。

2　生產(chǎn)工藝與優(yōu)化

噴嘴體與噴頭的試制和小批量生產(chǎn)的工藝路線如表1和表2所示。

表1噴嘴體工藝路線

工序號(hào)工序工序內(nèi)容加工設(shè)備10下料下?25mm×37mm棒料20車車端面,粗精車各外圓至尺寸,鉆孔,擴(kuò)孔至尺寸,車各處螺紋,調(diào)頭車端面保證尺寸32mm,鉆孔,擴(kuò)孔至尺寸,倒角數(shù)控臥式車床30銑裝夾工件銑R1/8管螺紋上端面,找正銑下端面數(shù)控立式銑床40鉆孔劃線,鉆?8.566mm孔,鉆4個(gè)?3.5mm孔臺(tái)鉆50攻絲攻R1/8管螺紋鉗工臺(tái)60去毛刺去除成品上毛刺

表2噴頭工藝路線

工序號(hào)工序工序內(nèi)容加工設(shè)備10下料下?25mm×20mm棒料20車車端面,粗精車各外圓至尺寸,鉆孔,車內(nèi)錐面,調(diào)頭車端面保證尺寸14mm,鉆孔,擴(kuò)孔至尺寸,倒角數(shù)控臥式車床30線切割線切割加工寬0.6mm窄縫線切割機(jī)床40去毛刺去除成品上毛刺

由于噴頭的結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，主要加工都在數(shù)控車床完成，只有0.6 mm窄縫需在線切割機(jī)床上加工，所以大批量生產(chǎn)與試制工藝變化不大。但噴嘴體的結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，工件的4個(gè)方向都有加工要求，在大批量生產(chǎn)過(guò)程中，要提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本，就必須采取工序分散的原則，從以下幾方面進(jìn)行工藝優(yōu)化。

10下料：由原來(lái)的一次下一件(φ25 mm×37 mm)改為一次下兩件(φ25 mm×68 mm)，雖然需增加一道切斷工序，但這樣減少了調(diào)頭后加工的夾持余量，夾持面增加，夾持更加穩(wěn)定，生產(chǎn)效率提高一倍，且每個(gè)工件可節(jié)省材料2～3 mm(夾持余量)。

20車削：為減少裝夾和換刀時(shí)間，優(yōu)化后分成三道工序完成，一是夾持棒料一端，完成一工件一端φ20 mm的表面、φ11 mm孔和內(nèi)外螺紋加工；二是調(diào)頭加工另一工件的φ20 mm端各面，并切斷；三是加工φ25 mm表面、φ17 mm和M5的螺紋孔。

30銑削：噴嘴體兩側(cè)平面的銑削加工，要保證平行度裝夾找正效率較低。優(yōu)化后通過(guò)簡(jiǎn)單的夾具，采取以車代銑的方式，并可同時(shí)在車床上完成φ8.566 mm的孔和螺紋加工，大大提高了生產(chǎn)效率，降低了生產(chǎn)成本。

40鉆孔：優(yōu)化后φ8.566 mm孔改為車床上進(jìn)行，4個(gè)φ3.5 mm小孔改在數(shù)控鉆床上加工。

優(yōu)化后噴嘴體的工藝路線如表3所示。

表3優(yōu)化后噴嘴體工藝路線

工序號(hào)工序工序內(nèi)容加工設(shè)備10下料下?25mm×68mm棒料20車車端面,粗精車?20mm外圓至尺寸,車外螺紋,鉆,擴(kuò)?11mm孔至尺寸,車內(nèi)螺紋,倒角。數(shù)控臥式車床30車調(diào)頭加工另一工件,車端面,粗精車?20mm外圓至尺寸,車外螺紋,鉆,擴(kuò)?11mm孔至尺寸,車內(nèi)螺紋,倒角,切斷。數(shù)控臥式車床40車車端面保證尺寸32mm,鉆、擴(kuò)?17mm孔至尺寸,M5螺紋孔,倒角數(shù)控臥式車床50車加工?20mm側(cè)平面(專用夾具)數(shù)控臥式車床60車加工另一側(cè)?20mm平面(專用夾具),加工?8.566mm螺紋底孔數(shù)控臥式車床70鉆加工4個(gè)?3.5mm孔數(shù)控鉆床80攻絲攻R1/8管螺紋,M5攻絲機(jī)90去毛刺去除成品上毛刺

3　夾具設(shè)計(jì)與優(yōu)化

在加工噴嘴體兩側(cè)平面時(shí)，原加工方案中設(shè)計(jì)一套銑床夾具，如圖3所示，一次同時(shí)裝夾5個(gè)工件，銑削加工一個(gè)面后，翻轉(zhuǎn)加工另一面，由于兩個(gè)面之間有平行度要求，因此安裝找正比較麻煩，效率低，影響了生產(chǎn)進(jìn)度。優(yōu)化后的夾具，設(shè)計(jì)了兩套車床夾具，如圖4所示，分為兩道工序，以車代銑，同時(shí)完成了φ8.566 mm的螺紋底孔加工，大大提高了生產(chǎn)效率，降低了生產(chǎn)成本。

4　刀具選用與優(yōu)化

合理選擇刀具和刀具材料是保證加工質(zhì)量和效率的重要條件。由于噴頭產(chǎn)品采用的材料為304不銹鋼，這種材料的強(qiáng)度和硬度與中碳鋼相近，但塑性、韌性較大，加工硬化嚴(yán)重，切削加工時(shí)會(huì)使切削抗力增大，加上不銹鋼導(dǎo)熱性差，使切削區(qū)的材料和刀具的溫度高，刀具易磨損。此外，不銹鋼的塑性大，粘附性強(qiáng)，容易粘刀而形成積屑瘤，使加工表面粗糙度值增大，切屑不易卷曲和折斷，造成排屑困難。因此，切削不銹鋼的刀具材料，應(yīng)選擇熱硬性、耐磨性、導(dǎo)熱性、抗粘接性能好的刀具材料。

車削時(shí)開始選用三菱系列硬質(zhì)合金UTI20T刀片加工，粗車時(shí)由于轉(zhuǎn)速較低，切削發(fā)熱少，基本能夠保證加工要求。但精加工時(shí)，隨著主軸轉(zhuǎn)速的提高，切削熱增加，這種硬質(zhì)合金刀片易發(fā)生卷刃現(xiàn)象，且后刀面快速磨損，工件表面質(zhì)量差。因此在生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)刀片材料不斷進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和調(diào)整。優(yōu)化后精加工采用三菱系列金屬陶瓷NX4545刀片，這種刀片刀尖鋒利，耐熱性好，不易產(chǎn)生積屑瘤，產(chǎn)品表面質(zhì)量好。但由于陶瓷刀片較脆，只能用于精加工連續(xù)表面的切削。

噴嘴體上有4個(gè)φ3.5 mm的小孔，且因噴嘴導(dǎo)流的需要，孔的底部為半孔，這給加工帶來(lái)了很大的困難，開始采用普通高速鋼鉆頭加工時(shí)，由于半孔造成切削力偏心，鉆頭極易折斷，另外不銹鋼材料排屑比較困難，一般一把鉆頭只能鉆20～30個(gè)孔。優(yōu)化后選用蘇氏鎢鋼鉆頭，這種材料的鉆頭強(qiáng)度好、硬度高、刃口鋒利，不易磨損和折斷，同時(shí)這種鉆頭比普通鉆頭的螺旋槽深，排屑比較流暢，采用蘇氏鎢鋼鉆頭較好地解決了半孔加工問(wèn)題。

5　結(jié)語(yǔ)

針對(duì)動(dòng)車潔具噴嘴的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，在大批量生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)工藝及夾具和刀具等進(jìn)行優(yōu)化。生產(chǎn)實(shí)踐表明，通過(guò)簡(jiǎn)單的夾具設(shè)計(jì)，以車代銑的工藝改進(jìn)，使生產(chǎn)效率提高了兩倍多。刀具經(jīng)過(guò)優(yōu)化后，刀片的價(jià)格雖然有所提高，但使用壽命延長(zhǎng)，表面質(zhì)量提高，加工成本大大降低，產(chǎn)品的加工質(zhì)量得到了保證。

[1]陳宏鈞.實(shí)用金屬切削手冊(cè)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2009.

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[3]藺小軍.整體噴嘴環(huán)高效數(shù)控加工技術(shù)[J].中國(guó)機(jī)械工程，2010，21(22)：2705-2709.

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[5]趙亮培.高速切削加工中刀具材料的合理選擇[J]. 工具技術(shù), 2009(5):87-89.

[6]李園.高速切削加工中的刀具材料研究與應(yīng)用[J]. 硅谷, 2012(4):93-93.

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(編輯孫德茂)

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Manufacturing process analysis and optimization on sanitary ware nozzle of high speed train

XU Ning①, LIU Simo①, WU Chengnan②

(①Fujian Polytechnic of Information Technology, Fuzhou 350003, CHN; ②Fuzhou Jingrui Sanhe Machinery Co., Ltd., Fuzhou 350003, CHN)

Based on current pain points in the sanitary ware nozzle of high speed train manufacturing, we do some research and analysis on the whole processes, and provide a solution for mass production, including manufacturing processes optimization, special fixture design, blade selection, the optimum use of cutting and etc. The new manufacturing processes are proved feasible, efficient and able to improve the production passing rate by practices.

nozle of high speed train; structural analysis; manufacturing process; optimization

TH162+1

B

10.19287/j.cnki.1005-2402.2016.08.025

徐寧，男，1959年生，副教授，研究方向?yàn)闄C(jī)械制造技術(shù)。

2016-02-04)

160836