大型薄壁類零件工藝分析

謝紅軍

(常州寶菱重工機械有限公司，江蘇 常州 213019)

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大型薄壁類零件工藝分析

謝紅軍

(常州寶菱重工機械有限公司，江蘇 常州 213019)

水電蝸殼是非常典型的薄壁件。根據(jù)圖紙進行三維建模，對零件進行工藝性分析，針對各個需要加工的面、孔、槽的技術(shù)要求，選擇合適的加工方案；通過幾種不同的加工順序的比較，選擇最優(yōu)工藝路線；合理選用機床、刀具和切削用量并計算工時定額，完成完整的工藝過程卡和部分工序卡片的制作；針對實際加工中產(chǎn)生的問題加以分析，并提出解決的措施，為今后加工類似零件積累經(jīng)驗，不斷地改進其加工工藝，降低生產(chǎn)成本，提高效率。

工藝路線； 加工基準； 薄壁件； 探傷

引 言

在日常工作中，薄壁件在能夠保證其功能的同時用料少、質(zhì)量較輕，所以一般情況下，對于薄壁件的生產(chǎn)需求還是比較大的。但薄壁件的軸向尺寸小，裝夾基準面小，很容易發(fā)生變形，難以保證加工質(zhì)量，因而其加工成了行業(yè)內(nèi)的棘手問題。本次研究的水電蝸殼厚12 mm，最小直徑479.4 mm，最大直徑1860 mm，厚度與直徑比為1∶40～1∶155，很顯然，該零件大部分的厚度與直徑比大于1∶50，所以本次課題要研究的水電蝸殼是一個非常典型的薄壁件零件。

1 工藝基準及工藝塊的選擇

1.1 零件的結(jié)構(gòu)分析

該零件主要由薄壁蝸殼、座環(huán)、固定導(dǎo)葉、法蘭盤、支腳等組合而成，其中薄壁蝸殼是由四個單體件通過螺栓聯(lián)接而成，其中每個單體件都是由類似于圖1所示的幾個單體蝸殼焊接而成，固定導(dǎo)葉與上下座環(huán)通過焊接聯(lián)接在一起，座環(huán)與蝸殼同樣是通過焊接并以法蘭盤聯(lián)接在一起，支腳分別同蝸殼與座環(huán)焊接成一個整體。

圖1 單體蝸殼示意圖

整體座環(huán)是由4個1/4座環(huán)聯(lián)接而成，為了保證蝸殼能夠起到導(dǎo)流作用，這4個座環(huán)必須處在同一水平面上，按照圖紙要求2個水平面的平行度誤差必須≤0.05mm。由于這4個面是通過法蘭盤聯(lián)接而成，因此這些法蘭面的加工精度與安裝精度相對而言要比較高，孔的位置精度要求更加高，這樣才能保證2個水平面的平行度滿足要求。

1.2 裝夾方式的選擇及工藝塊的制作

此次加工的水電蝸殼由于體積比較大，且是單件小批量生產(chǎn)，加工較為復(fù)雜，所以采用畫線找正裝夾。此方法是先在水電蝸殼上按照零件圖畫出蝸殼中心線、各法蘭面加工線以及408h7上、下平面加工線；再將工件裝上機床，按照畫好的線找正工件在機床上的裝夾位置,進而完成對此蝸殼零件的裝夾。

由于水電蝸殼是一個非常典型的薄壁類零件，在裝夾過程中如果直接受力則很容易導(dǎo)致其變形，從而影響零件的加工精度，可以考慮添加工藝塊來輔助定位裝夾。因為蝸殼上有法蘭，其相對于薄壁的厚度要大一些，因此，選擇在法蘭上添加80 mm×80 mm×60 mm的長方體工藝塊；另外還在座環(huán)面上添加工藝塊，考慮到座環(huán)上、下兩面都要加工并且長方體工藝塊容易導(dǎo)致加工時零件的左右滑動，因此選擇“L”型工藝塊來防止工件的上下與跳動滑動，工藝塊的位置應(yīng)該避開孔及臺階面，基本上處于中間位置，首先遠離支腳，其次受力較為均勻，便于三點找正。工藝塊的焊接及形狀如圖2所示。

圖2 工藝塊的焊接及形狀

1.3 工藝基準的選擇

在蝸殼的加工過程中，首先確定某點或某線、面的位置，并以這些點、線、面作為參照進行加工，這些點、線、面就是加工這個零件的基準。根據(jù)產(chǎn)品自身的特性，我們在加工時有選擇性地對工藝基準進行挑選，以兩大原則(基準重合原則、基準統(tǒng)一原則)為守則，對蝸殼進行基準優(yōu)化選擇。

a)基準重合原則：一般情況下，盡可能選用設(shè)計基準作為定位基準。此次加工的水電蝸殼由于是一個非常典型的薄壁類零件，在實際加工與設(shè)計的時候，兩者的基準不相重合，主要是由于薄壁類零件本身在加工的時候需要考慮到受力、受熱等產(chǎn)生變形，所以需要添加輔助工藝塊來加工。則設(shè)計基準是蝸殼中心，而定位基準是添加的輔助工藝塊，那么定位基準與設(shè)計基準是不重合的，自然不能按照設(shè)計基準來定位，否則容易造成誤差。

b)基準統(tǒng)一原則：盡可能選擇同一個定位基準來加工不同的表面。這樣有利于保證各個加工表面之間的位置精度。比如，在蝸殼的加工中，使用端面銑刀銑法蘭面以及在法蘭面上加工孔的時候，采用的是同一個基準，沒有移動或者翻動零件，以此來保證基準統(tǒng)一。

2 工藝路線分析及執(zhí)行

由于本次加工的水電蝸殼是由4個單體件組合起來的，那么就必須保證4個單體件在加工完成之后能夠組裝在一起，如果同時將這8個合縫法蘭面全部加工完成，這樣肯定會節(jié)省工作時間，而且整個工藝過程也會變得簡單許多。但是在實際的機加工生產(chǎn)中，由于零件的加工時存在各種各樣的誤差，有機床誤差、操作誤差以及刀具磨損等，且這4個單體件能夠在保證圖紙要求的精度范圍內(nèi)裝配合格的幾率是相當小的，所以需要采用單體加工、兩兩拼裝再加工與合裝加工相結(jié)合來完成。

2.1 拼裝方式選擇

圖3 蝸殼件1與蝸殼件4拼裝加工圖

圖4 蝸殼件2與蝸殼件3拼裝加工圖

2.2 拼裝注意事項

在拼裝的時候必須滿足兩部件位置精度的要求，由于蝸殼件比較大而笨重，為保證兩座環(huán)面的平面度誤差小于0.05 mm，所以必須采用打銷孔、裝入銷子的方式來定位，從而保證精度。

2.3 合裝注意事項

在合裝的過程中要注意先將銷子定好，然后再將螺栓、螺母緊固好，由于在螺栓、螺母松開的時候，在自身重力差以及螺栓的支撐產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)力的作用下，兩個座環(huán)面之間產(chǎn)生了落差，從而有了臺階面的產(chǎn)生，所以在緊固螺栓、螺母的時候必須要用千斤頂將較低的一個座環(huán)面托起，使得兩個面在螺栓、螺母緊固好之后能夠平行或者平行度誤差在0.05 mm以內(nèi)，才能夠繼續(xù)下一環(huán)節(jié)即合裝后的加工。合裝完成如圖5所示。

圖5 合裝完成圖

2.4 零件檢驗

該水電蝸殼的材料為普通鋼材，且為焊接件，有可能在焊縫處留有缺陷，或者在加工過程中受到拉伸導(dǎo)致零件表面產(chǎn)生缺陷，為了使加工出來的產(chǎn)品能夠達到預(yù)期的要求，因此必須對零件進行探傷。

2.4.1 探傷方式介紹

常用的三種探傷方式(PT，UT，MT)各有其優(yōu)缺點和適用范圍，簡介如下：

1)滲透探傷(PT)：零件表面出現(xiàn)開口缺陷時，滲透劑將會滲透進去；去除表面多余的試劑后，噴上顯像劑，可以將滲透進去的試劑吸出來并在表面構(gòu)成印記。適合探測部位：①坡口表面；②碳弧氣刨清理完的刨槽表面；③焊縫清除后的刨槽表面；④工卡具鏟除的表面；⑤不便于MT探傷部位的表面開口缺陷。適用性：①金屬材料和非金屬材料；②磁性和非磁性材料；③焊接、鍛造及軋制等加工方法；④具有較高的靈敏度；⑤顯示直觀，操作方便，價格低廉。缺點：①只能檢測出表面開口的缺陷；②只能檢測出缺陷的表面分布；③靈敏度沒有MT高。

3)超聲波探傷(UT)：超聲波在工件內(nèi)部反射、透射，在缺陷處產(chǎn)生異常的波形通過圖像顯現(xiàn)出來，則此處即為工件內(nèi)部的缺陷處。適用性：①適合對各種材料進行檢測；②可對較厚工件進行內(nèi)部缺陷檢測；③善于檢測出面積型缺陷；④檢測成本低，速度快；⑤無害無污染，使用方便。局限性：①難檢測不規(guī)則零件；②由于缺陷在內(nèi)部，所以難以直接看到③零件材質(zhì)會對結(jié)果產(chǎn)生偏差。

2.4.2 探傷方式選擇

此次需要探傷的部位主要是各個法蘭面與座環(huán)面的焊縫處以及與法蘭面在同一水平面上的座環(huán)側(cè)面。由于內(nèi)部的探傷在加工之前已經(jīng)完成，因此主要檢測的都是表面或者近表面，所以不會選擇UT即超聲波探傷，只能在MT探傷和PT探傷方式之間來選擇；由于MT探傷比PT探傷的靈敏度要高且不能在表面較為粗糙的情況下進行探傷，所以必須在每次半精銑法蘭面后在焊縫處進行MT探傷，至于選擇MT探傷的原因是因為此焊縫處為重要部位，需要靈敏度高的探傷，PT探傷只能檢測出表面缺陷的分布而不能檢測出缺陷的深度；而對于最后的探傷檢測而言，追求的是時間短且由于前面已經(jīng)經(jīng)過了靈敏度較高的MT探傷，零件出現(xiàn)缺陷的可能比較小，所以選擇PT探傷，由于對MT探傷而言，它的檢測范圍小且檢測速度慢，而PT探傷相對而言要快上一些。

3 結(jié)束語

薄壁類零件的加工在機械制造業(yè)中占有很重要的地位，為提高零件加工精度與生產(chǎn)效率，應(yīng)充分考慮零件的固有特性進行整體分析，選好加工步驟方能保證其設(shè)計要求。對于數(shù)控加工來說，工藝流程是其應(yīng)用的重要環(huán)節(jié)，它關(guān)系到加工出的零件的正確性與合理性。本文以水電蝸殼為典型案例，探討了數(shù)控加工中的工藝規(guī)程，選擇合理高效的工藝路線，對保證零件的加工質(zhì)量，提高數(shù)控機床的使用效率和使用質(zhì)量都有重要的意義。

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2016-06-18作者簡介：謝紅軍(1968—)，男，高級工程師。電話：13861279640

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