多孔系閥塊類零件加工工藝探討

摘要：多孔系閥塊類零件內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，孔系繁多加工比較困難。文章分別從加工設(shè)備的選擇，深孔、交叉孔、斜面孔的加工和去毛刺方法等方面對閥塊零件加工工藝做出合理安排，順利完成零件的加工，并對加工過程中的注意事項進(jìn)行分析總結(jié)。

關(guān)鍵詞：多孔系閥塊；零件加工工藝；深孔；交叉孔；斜面孔；去毛刺 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

中圖分類號：TH162 文章編號：1009-2374（2016）23-0063-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.23.030

閥塊是集成式液壓或氣壓系統(tǒng)關(guān)鍵部件，它既是其它元件的承載體，也是其氣路或油路的連接通道。其材料一般用鋁合金、可鍛鑄鐵、45鋼等。其上面孔系較多，孔道縱橫交錯，加工較為復(fù)雜、繁瑣，在加工此類零件時，經(jīng)常會因工藝不合理造成尺寸超差甚至報廢，因此其加工工藝的可行性、合理性直接影響零件的質(zhì)量、生產(chǎn)成本及試制周期等。通過生產(chǎn)實踐，對該類零件的不同孔系加工工藝及一些注意事項進(jìn)行總結(jié)探討，對同類零件的加工起到一定的指導(dǎo)意義。

1 閥塊的結(jié)構(gòu)特點

如圖1所示為典型閥塊的三維模型，材質(zhì)：6082（T6），尺寸：200mm×180mm×117mm。從圖中可以看出零件中相交孔、深孔等孔系、槽系較多、一些孔的尺寸、形位公差等要求較高，例如Φ6mm深孔長徑比接近30并且為盲孔，在其孔道上還有較多的貫穿孔，在孔口有Φ6.2mm的塞堵孔，公差為0.022mm，若孔口有失圓現(xiàn)象則此孔很難加工成；圖2中階梯孔相對于基準(zhǔn)A同軸度為◎0.03mm，兩次裝卡很難保證。

2 加工設(shè)備的選擇

零件的常用加工設(shè)備主要有普通機(jī)床、立式加工中心、臥式加工中心、五軸加工中心等。不同加工方式各有優(yōu)缺點（見表1），可以根據(jù)本公司實際情況來選擇加工設(shè)備。

普通機(jī)床及立式加工中心只能加工垂直于主軸方向的一個面，對于該零件來說至少裝卡6次，在反復(fù)裝夾過程中孔的位置度和同軸度等就很難保證，甚至需要在不同設(shè)備上加工才能完成，從而增加較多的非增值勞動。五軸加工中心可以在一次裝夾中加工除工作臺面外的所有面，減少了多次裝夾所帶來的誤差，有極高加工效率的同時又能保證加工精度，但是其成本較高，一般工廠無資本配備該設(shè)備。臥式加工中心雖然比不上五軸加工中心的高效率，但是兼具立式的較低成本和五軸的較少裝卡次數(shù)，因此綜合考慮選用本車間MAKINO-a61臥式加工中心（如圖3所示）。

3 工件的裝夾

從對零件的外形（200mm×180mm×117mm）分析可知，對該零件的裝夾只需要使用標(biāo)準(zhǔn)的平口鉗垂直安裝在方箱上，然后用平口鉗夾緊即可（如圖4所示）。該零件的加工工藝流程：粗銑ABC三面見光→粗銑另外DEF三面并加工各孔→精銑DEF三面→夾DEF三面加工ABC面各孔。在裝夾工件時有一些事項要特別注意：

3.1 是否超出工作臺半徑

在工藝設(shè)計初期對于零件裝夾后是否超出工作臺范圍要特別注意，這一點往往會被忽略，在要準(zhǔn)備加工時才發(fā)現(xiàn)零件超出工作臺范圍而無法加工，需重新更換夾具、方箱等耽誤試制。圖4所示為該方箱、平口鉗工裝可夾持零件最大高度尺寸為180mm，若超出此尺寸，則工件裝卡后無法關(guān)閉機(jī)床安全門，由工藝流程設(shè)計可知該零件尺寸在工作臺工作范圍內(nèi)。

3.2 刀具或主軸與工裝或零件是否干涉

加工前要保證加工面沒有工裝夾具阻擋，刀具、主軸等是否與工件或工裝干涉需從全局考慮。如圖5所示，為同類產(chǎn)品，在加工時有以下干涉問題：（1）臺階面上孔距離臺階很近，如圖5中a處M3螺紋孔距離臺階面5mm，絲錐和加長刀柄總長度只有135mm，需要主軸伸入工裝才能完成加工，而此時主軸會碰撞方箱；（2）如圖5中b處所示，臺階深65mm，根部圓弧為R5mm，Φ10mm銑刀刃長30mm，過長剛性不足讓刀嚴(yán)重，無法銑削至圖紙65mm深度。若直接用銑刀銑至根部極有可能會損壞銑刀。

解決措施：（1）對于圖5中a處，自制直徑為Φ9.8mm×100mm的加長桿夾緊絲錐然后加工M3螺紋孔，避免主軸與工裝干涉；（2）對于圖5中b處，方法1：用Φ10mm鉆頭在偏內(nèi)側(cè)0.1mm位置鉆孔，深65mm，然后用Φ10mm銑刀平底。方法2：用Φ10mm銑刀分3次深度加工，第一刀切深25mm，銑削R5.1mm，第二刀切深25mm，銑削R5.05mm，最后切深15mm完成圓弧R5mm（注：半徑R5±0.1mm），避免損壞刀具。

3.3 工件的夾緊

正確的定位基準(zhǔn)和夾壓方式，是保證正確加工的第一步。工件夾緊既要防止在加工過程中由于加工力過大使工件串動，又要防止夾緊力過大而使零件或者孔變形。如圖2所示，閥口尺寸要求嚴(yán)格，為防止夾緊力過大而使閥口變形超差造成不合格，所以將B面的閥口加工安排在2序。經(jīng)過生產(chǎn)實踐，夾緊時用30N/m的扭矩夾緊力比較合適。另外，若鉗口或工裝剛性差，會因為夾緊力較大或工件較重而發(fā)生下沉現(xiàn)象，可以根據(jù)實際情況對下面定鉗口加以輔助支撐（如圖6所示），提高工裝及零件加工尺寸的穩(wěn)定性。

另外，若加工零件為殼體等薄壁類，裝夾時必須要讓支撐點和壓緊點的位置相當(dāng)，避免零件處于懸空狀態(tài)，否則容易在加工中引起工件變形或顫刀。

4 復(fù)雜孔的加工

4.1 深孔加工

從圖7中可以看出Φ6mm孔深176mm，長徑比接近30，而且孔口還有Φ6.20+0.022 0mm沉孔，加工時具有以下難點：（1）鉆削時鉆頭基本處于封閉狀態(tài)，冷卻條件差，鉆頭磨損過快；（2）排屑困難，易造成鉆頭卡死、折斷；（3）交叉孔較多、鉆頭細(xì)長剛性差，鉆孔時容易偏斜及產(chǎn)生振動影響孔的精度等。

采用的加工工藝為：鉆中心孔→長鉆頭循環(huán)鉆成。

鉆頭：Φ6mm×180mm普通的高速鋼麻花鉆。

鉆孔循環(huán)程序：S1200；G90G98G83R5.0Q6.0Z-177.3F120。

孔加工完成后尺寸為Φ6.2 mm，并且孔為橢圓，后

序加工Φ6.2 mm時有黑皮無法保證該尺寸。

原因分析：無導(dǎo)向孔、轉(zhuǎn)速較高鉆頭晃動、側(cè)面有交叉孔。

解決措施：（1）調(diào)整加工工藝流程為：鉆中心孔→短鉆頭鉆進(jìn)50mm→長鉆頭循環(huán)鉆成；（2）減低轉(zhuǎn)速和進(jìn)給降低減少鉆頭端部擺動，循環(huán)鉆程序：S800；G90G98G83R5.0Q6.0Z-177.3F80。

孔加工完成后尺寸為Φ6.2 mm，可滿足后序加工孔Φ6.2 mm的需要，因此對加工細(xì)長孔時注意事項做以下總結(jié)：（1）在滿足加工深度的前提下盡量選用短、剛性好的鉆頭，嚴(yán)格控制轉(zhuǎn)速，過高鉆頭磨損較快，鉆頭擺動嚴(yán)重造成孔口尺寸超差；（2）采用循環(huán)鉆時必須要有導(dǎo)向孔，并且嚴(yán)格掌握每次進(jìn)刀位置和鉆削長度。每次進(jìn)刀長度和鉆頭直徑成正比，一般為1～2倍鉆頭直徑，每次進(jìn)給不可過深，以防止切屑過多，加大和孔的摩擦力將鉆頭卡死在孔中不易退出和摩擦孔壁增大孔的粗糙度甚至孔徑變大；（3）鉆頭的選擇原則：盡量采用橫刃較小的鉆頭以減小軸向力，選擇有分屑槽的鉆頭使切屑卷曲成較窄的螺卷以利于排出。

4.2 交叉孔加工

從圖1的模型圖中可以看出該產(chǎn)品包含較多的交叉孔。加工交叉孔一直是鉆削加工的難題，尤其是第二個孔的加工，在橫貫第一個孔時，很容易造成孔的偏斜，甚至造成刀具的折斷（如圖8所示）、孔偏斜（如圖9所示）、位置度及尺寸超差等問題而使產(chǎn)品報廢。

解決措施：（1）遇到斜交叉孔時，可以利用銑刀將交叉孔相接處的凹面銑平面后再換鉆頭打孔或直接用鍵槽銑刀銑出引孔然后再鉆孔（圖10改進(jìn)后鉆孔效果）；（2）調(diào)整加工順序，先深孔后短孔，先小孔后大孔的鉆孔原則進(jìn)行加工。

4.3 斜面鉆孔

在實際生產(chǎn)過程中，會經(jīng)常遇到一些所要加工的孔軸線與其所在平面不垂直（如圖11）和不同軸心階梯孔（如圖12）的情況。此類孔在加工時倘若工藝設(shè)計不當(dāng)很容易將鉆頭折斷或者孔的位置度超差。

解決措施：（1）圖11所示的斜孔，可以按加工偏交孔的方式加工斜孔。先用同直徑或較小直徑的銑刀在平面上銑平面或一定深度的引孔，然后鉆中心孔，再用鉆頭將孔加工到圖紙尺寸；（2）圖12所示的為不同軸心階梯孔，從圖中可以看出兩孔軸心有2.5mm的偏差，如果先加工Ф2mm孔，后序加工G1/16底孔時很容易發(fā)生偏斜，造成管螺紋孔位置度超差?？梢圆捎孟燃庸1/16底孔→銑刀平底→鉆孔。由于孔深30mm，一般標(biāo)準(zhǔn)小直徑銑刀刃長不足，因此用Ф5mm立銑刀銑平鉆頭錐尖后鉆孔Ф2mm。

5 毛刺去除問題

毛刺的產(chǎn)生在機(jī)械加工中是不可避免的，在該產(chǎn)品中仍然使用鋼銼、磨頭、修邊刀等傳統(tǒng)手工方法去毛刺，但是去毛刺時間能達(dá)到零件加工時間的1/4甚至更多，因此如何能更好地將機(jī)械加工中的毛刺去除，是我們需要迫切解決的問題之一。

要去毛刺就要先了解毛刺的產(chǎn)生，如圖13所示，鉆頭端部形狀與毛刺的發(fā)生狀況有直接關(guān)系，毛刺的大小隨每個切削刃進(jìn)給量的不同而變化，這就要求在鉆頭刃尖形狀的設(shè)計和切削條件的確定等方面，都必須充分考慮到如何對抑制毛刺的產(chǎn)生有利。

目前，去毛刺的方法主要有手工、超聲波、噴砂、爆炸法、電解法等。不同去毛刺工藝有各自的優(yōu)點與不足之處，如采用刮刀、油石、銼刀等機(jī)械方法去毛刺，勞動強(qiáng)度大，去除效率低，但是成本低，易操作；爆炸法去毛刺效率高、適用于結(jié)構(gòu)復(fù)雜零件去毛刺，但是設(shè)備昂貴投資大等缺點，因此可根據(jù)本廠內(nèi)產(chǎn)品的具體情況進(jìn)行選擇。

6 結(jié)語

閥塊空間孔的加工看似復(fù)雜，但只要零件裝夾、加工從全局考慮，掌握零件鉆削加工常見問題產(chǎn)生的原因，采用正確的加工工藝，特別是細(xì)深孔、交叉孔等特殊孔的鉆削方法，那么就可以防止廢品的產(chǎn)生及縮短新產(chǎn)品試制周期等達(dá)到事半功倍的效果。

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作者簡介：張彥杰（1984-），男，河北石家莊人，北京縱橫機(jī)電技術(shù)開發(fā)公司工程師，碩士，研究方向：金屬材料。

（責(zé)任編輯：蔣建華）