65寸硫化機(jī)活塞導(dǎo)套零件新工藝設(shè)計(jì)*

馬榮友，程豪華

（1.巨輪智能裝備股份有限公司，廣東揭陽(yáng) 515500；2.廣州市機(jī)電技師學(xué)院，廣州 510435）

0 引言

企業(yè)技術(shù)部門(mén)在改善硫化機(jī)整機(jī)性能過(guò)程中，往往難以避免地出現(xiàn)一些結(jié)構(gòu)特殊、難以加工的零件，導(dǎo)致工件在機(jī)加工過(guò)程中遇到難題，需要通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)專(zhuān)門(mén)工藝方法來(lái)完成產(chǎn)品的加工。例如，65寸硫化機(jī)活塞導(dǎo)套零件的加工就難以按照傳統(tǒng)方法完成生產(chǎn)。通過(guò)對(duì)其進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，加工難點(diǎn)分析，工裝設(shè)計(jì)、相關(guān)刀具定制等方面的研究，形成新工藝流程，解決了生產(chǎn)難題。

1 活塞導(dǎo)套加工分析

1.1 活塞導(dǎo)套結(jié)構(gòu)分析

65寸硫化機(jī)活塞導(dǎo)套的材料是HT250的灰鐵鑄件，如圖1所示，結(jié)構(gòu)是帶有多個(gè)臺(tái)階的圓柱形套類(lèi)零件。在其前端面?432直徑方向均布8-?18通孔、8-?26深21的臺(tái)階孔；在第2個(gè)臺(tái)階面正上有1個(gè)寬22和深15的鍵槽，1個(gè)?64、?41的臺(tái)階通孔；在?41的孔中有1個(gè)?45寬9.7、深182的密封槽。活塞導(dǎo)套反面左右對(duì)稱(chēng)各分布1個(gè)橢圓形的凸臺(tái)，凸臺(tái)中有1個(gè)?67、?56的臺(tái)階孔。綜上所述，此零件外形輪廓是內(nèi)外共5個(gè)臺(tái)階結(jié)構(gòu)的圓柱體，且在第4個(gè)臺(tái)階面上左右對(duì)稱(chēng)各分布1個(gè)橢圓形凸臺(tái)。此結(jié)構(gòu)特殊，難以裝夾和加工。

1.2 活塞導(dǎo)套加工難點(diǎn)分析

經(jīng)分析得知，活塞導(dǎo)套零件在加工過(guò)程中遇到以下幾個(gè)難點(diǎn)：

（1）活塞導(dǎo)套是一個(gè)比較長(zhǎng)的兩側(cè)帶有凸臺(tái)的圓柱形零件，其形狀不規(guī)則，難以裝夾。

（2）活塞導(dǎo)套中2-?64深175、2-?45×9.7密封槽深182，導(dǎo)致常規(guī)刀具無(wú)法加工，必須采用自制刀具。

（3）活塞導(dǎo)套底面2-?67、2-?56臺(tái)階孔，第2次裝夾加工出來(lái)，與2-?64的孔形位公差難以達(dá)到技術(shù)要求。所以該活塞導(dǎo)套零件必須采用專(zhuān)用工裝、自制專(zhuān)用刀具，然后進(jìn)行重新安排合理的工藝設(shè)計(jì)，才能更好地完成加工。

2 活塞導(dǎo)套的工藝考慮

2.1 活塞導(dǎo)套的工裝設(shè)計(jì)

2.1.1 原工裝和加工工藝

65寸硫化機(jī)活塞導(dǎo)套原來(lái)的加工方法如圖2所示，使用普通工裝裝夾，采用常規(guī)加工工藝。第1次裝夾，利用A面作為基準(zhǔn)面，先把活塞導(dǎo)套正面各尺寸全部加工出來(lái)；第2次裝夾，把工件180°翻轉(zhuǎn)，利用頂面已加工好的2個(gè)孔作為限位基準(zhǔn)，然后用壓板壓緊，把背面所有尺寸加工出來(lái)。但是利用2次裝夾加工出來(lái)的工件往往會(huì)因基準(zhǔn)不統(tǒng)一，使工件上的各孔很難達(dá)到形位公差的要求，導(dǎo)致經(jīng)常出現(xiàn)不一致品，并且工件第2次拆卸、翻轉(zhuǎn)的輔助時(shí)間較長(zhǎng)[1]。

2.1.2 新工裝設(shè)計(jì)和工藝考慮

圖1 活塞導(dǎo)套零件圖

目前機(jī)床加工的夾具設(shè)計(jì)理論已經(jīng)比較成熟，例如可重構(gòu)機(jī)床夾具模塊規(guī)劃原理。這當(dāng)中包括可重構(gòu)機(jī)床夾具模塊化設(shè)計(jì)，是夾具可重構(gòu)模塊系列規(guī)劃的反向過(guò)程。首先模塊具體化，通過(guò)模塊重構(gòu)，構(gòu)建所需的模塊體系，進(jìn)行裝夾精度分析和裝夾方案優(yōu)化，最后得到最優(yōu)的可重構(gòu)夾具結(jié)構(gòu)方案[2]。本活塞導(dǎo)套零件的新工裝設(shè)計(jì)可參考此方法進(jìn)行。

圖2 活塞導(dǎo)套原工裝裝夾方法

經(jīng)過(guò)對(duì)工件的結(jié)構(gòu)和加工難點(diǎn)的分析，加工過(guò)程中被加工零件所受到的力比較大，且零件自身比較重。為了準(zhǔn)確合理地選擇定位方式以及裝夾作用方向，確保后續(xù)被加工零件既定位置可靠安全[3]，所以重新設(shè)計(jì)了如圖3所示的工裝。因工件質(zhì)量70 kg左右，所以工裝立板①采用2片厚80 mm的板材合焊起來(lái)，同時(shí)加焊2條加強(qiáng)筋以確保工裝剛性[4]。工裝中心④是1個(gè)半徑為R201上下高度尺寸為404的長(zhǎng)槽，此管正槽與活塞導(dǎo)套中?401圓柱面相配合，這樣可以自動(dòng)管正工件，不會(huì)左右擺動(dòng)。設(shè)計(jì)成長(zhǎng)槽，便于工件的裝卸。制作時(shí)必須保證工裝中心孔前平面與長(zhǎng)槽④和工裝底平面垂直，在工裝中心圓周均布4個(gè)帶內(nèi)六角螺釘?shù)膲喊澧诤廷郏ǖ?次裝夾使用）以及4-M16的螺紋孔⑤（第2次裝夾利用此螺紋孔配合活塞導(dǎo)套上直徑?18通孔壓緊工件），工裝后部有1個(gè)M30的可調(diào)螺柱⑦，且頂部配合1個(gè)弧形支撐塊⑥，作為活塞導(dǎo)套尾部?190圓柱的支撐。因活塞導(dǎo)套后部懸伸長(zhǎng)，此支撐塊可以有效防止工件加工過(guò)程中的振動(dòng)[5]。

圖3 活塞導(dǎo)套新工裝結(jié)構(gòu)

2.2 活塞導(dǎo)套加工的刀具制作

2.2.1 自制加工密封槽的加長(zhǎng)刀具設(shè)計(jì)方案

為了加工直徑?45、寬9.7 mm、深182 mm的密封槽，查找了現(xiàn)有所有的刀具手冊(cè)，查到的刀具不是刀具長(zhǎng)度不夠，就是刀具直徑太小。根據(jù)實(shí)際情況必須自制刀具，制作的刀具要具備以下條件。

（1）分析圖1可知，為了保證能在?41孔中加工?45密封槽，深182 mm，因此設(shè)計(jì)的刀桿總長(zhǎng)應(yīng)為230 mm，其中刀桿有效長(zhǎng)度182 mm，夾持長(zhǎng)度40 mm，軸向預(yù)留8 mm的間隙。刀桿夾持部位直徑為?40±0.01 mm，刀桿體直徑為?55，刀桿前端裝夾刀頭處的直徑為?34，刀頭伸出刀桿體表面為3 mm。此時(shí)刀頭的旋轉(zhuǎn)直徑為?40，進(jìn)刀時(shí)刀頭和?41孔壁留有0.5 mm間隙。當(dāng)?shù)度屑庸さ矫芊獠鄣壮叽鐣r(shí)，刀桿直徑?34側(cè)面和?41的孔壁單邊還有0.5 mm的間隙，完全可以正常加工出密封槽。

（2）由于刀桿懸伸長(zhǎng)，因此自制刀具必須具有足夠的強(qiáng)度和韌性。經(jīng)以上分析自制加工密封槽的加長(zhǎng)刀具如圖4所示。

圖4 加工密封槽的加長(zhǎng)刀具

2.2.2 制作與裝配刀具桿件的工藝流程

（1）刀桿選材與加工。首先，材料刀桿材料采用#45圓鋼進(jìn)行粗車(chē)加工，直徑留量1 mm，然后進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理。調(diào)質(zhì)處理后可以使刀桿體強(qiáng)度和韌性都得到很大程度的提高，具有良好的綜合機(jī)械性能。其次，利用車(chē)床進(jìn)行半精加工，直徑留量0.1 mm。最后安排磨床工序，用雙頂尖按圖紙要求磨出外徑，必須保證刀桿前后兩端的同軸度。

（2）加工限位槽。在加工中心銑出刀頭與刀桿安裝的限位槽，加工時(shí)注意槽寬和槽深要與刀頭緊密配合，同時(shí)要保證刀頭的切削刃在刀桿的中心線上，最后對(duì)鎖緊刀頭的壓板⑤進(jìn)行鉆孔攻牙。

圖5 刀粒頭

（3）選擇刀粒。如圖5所示，利用車(chē)床切槽的刀粒頭，此刀頭型號(hào)為MGIR850，這種刀片適合于切削普通碳素鋼和鑄鐵。

（4）安裝刀具。把大塊刀粒頭放入加工密封槽的加長(zhǎng)刀具刀桿的限位槽③的位置，形成加長(zhǎng)刀具，如圖4所示。安裝時(shí)注意刀口的正反方向，且保證刀頭伸出刀桿表面3～4 mm，然后用3-M4的螺釘④鎖緊壓板⑤，完成裝配。

2.2.3 自制加工2-?67和2-?56臺(tái)階孔的加長(zhǎng)刀具設(shè)計(jì)方案

由圖1所示的零件圖分析可知，在機(jī)床上加工2-?67和2-?56臺(tái)階孔時(shí)，此孔平面到活塞導(dǎo)套后端面距離280 mm，并且?67孔壁和?190外圓之間只有4.5 mm的間隙，所以使用普通刀桿長(zhǎng)度不夠，而且在狹小間隙4.5 mm的空間內(nèi)會(huì)發(fā)生干涉，無(wú)法加工。因此需要自制一把加長(zhǎng)刀套，可設(shè)刀套外徑為?45，長(zhǎng)度200 mm，如圖6所示。

圖6 臺(tái)階孔加長(zhǎng)刀套與刀具組裝圖

刀套后端夾持柄直徑?40、長(zhǎng)度70 mm，而前端內(nèi)部是一直徑?32、深度50 mm的盲孔。用1把直徑?40、長(zhǎng)度150 mm的銑刀，裝入自制刀套的前端盲孔中（?40銑刀刀桿為?32，正好與自制刀套前端盲孔配合）。刀套前端圓周方向有2-M6的螺孔，用于鎖緊?40銑刀。把自制刀套的后端直徑?40、長(zhǎng)度70 mm的這一段裝入常規(guī)標(biāo)準(zhǔn)刀柄中，用側(cè)邊螺絲鎖緊，此時(shí)組裝好的銑刀長(zhǎng)度是300 mm，?40銑刀和?45自制刀套的間隙是2.5 mm，小于4.5 mm。因此，在加工2-?67和2-?56 2臺(tái)階孔過(guò)程中，自制刀套外徑不會(huì)與?190外圓產(chǎn)生干涉，可利用此銑刀粗精加工2-?67和2-?56的臺(tái)階孔。此刀具的制作與工藝流程可參考前面“加工密封槽的加長(zhǎng)刀具”的方法。

2.3 活塞導(dǎo)套吊裝鉤的設(shè)計(jì)

圖7 活塞導(dǎo)套吊裝鉤

表1 65寸硫化機(jī)活塞導(dǎo)套工件的工序編排表

在裝卸工件過(guò)程中遇到的難題。因工裝中心孔周邊是封閉的，用常規(guī)的吊裝方式無(wú)法把活塞導(dǎo)套放置到當(dāng)前所設(shè)計(jì)的工裝內(nèi)進(jìn)行加工。如果把工裝上部切開(kāi)1條槽用來(lái)通過(guò)吊裝繩進(jìn)行操作也是一種比較可行的方法。但是這樣就破壞了工裝的剛性，會(huì)影響到加工中對(duì)零件尺寸精度及形位公差的把握。針對(duì)這個(gè)難題，經(jīng)過(guò)分析設(shè)計(jì)了適合活塞導(dǎo)套零件加工的吊裝鉤，如圖7所示。

該吊裝鉤用?25的圓鋼折彎焊接而成。吊裝鉤工作時(shí)，先從活塞導(dǎo)套的大端進(jìn)入，使吊鉤①位置伸出活塞導(dǎo)套小端，吊起時(shí)可以防止活塞導(dǎo)套滑脫。因活塞導(dǎo)套兩端重量相差很大，所以吊鉤上部②要向右端伸出較多位置，其目的是吊裝升起工件時(shí)達(dá)到整體平衡的作用。此吊裝鉤操作時(shí)安全可靠、快捷方便，可以很輕松地把活塞導(dǎo)套平穩(wěn)地放置到工裝中。

3 活塞導(dǎo)套加工工藝的編制

綜上所述，經(jīng)過(guò)對(duì)65寸硫化機(jī)活塞導(dǎo)套零件的工裝、刀具等生產(chǎn)加工過(guò)程關(guān)鍵因素的詳細(xì)設(shè)計(jì)分析，結(jié)合加工過(guò)程的實(shí)際需要，擬制作了硫化機(jī)活塞導(dǎo)套工件的加工工序編排表[6]，如表1所示。

第1步，工件在加工前，要先檢測(cè)活塞導(dǎo)套鑄件中各孔是否偏斜、各部分尺寸是否有量加工、是否有砂眼氣孔，如有異常禁止加工。

第2步，使用專(zhuān)用吊鉤，如圖7所示，把工件慢慢吊起，把活塞導(dǎo)套的小端從工裝的正面放入工裝的長(zhǎng)槽中，調(diào)整后部支撐塊6，使活塞導(dǎo)套?469臺(tái)階底面緊靠工裝正面。用工裝上周邊4個(gè)壓板2輕輕鎖緊，然后用百分表把活塞導(dǎo)套后部8和9兩個(gè)橢圓凸臺(tái)的上側(cè)母線校平，再次把前面4個(gè)壓板2鎖緊。接著調(diào)整支撐桿7，使支撐塊6輕輕接觸到活塞導(dǎo)套即可，工件裝夾結(jié)束，如圖8所示。

圖8 活塞導(dǎo)套的裝夾圖

第3步，在臥式直角頭中裝入3D表，找出活塞導(dǎo)套的中心坐標(biāo)值，把測(cè)出的數(shù)據(jù)輸入機(jī)床相應(yīng)的工件坐標(biāo)系儲(chǔ)存好，并將此點(diǎn)設(shè)置為工件坐標(biāo)的零點(diǎn)。

第4步，用?18和?26的鉆銑刀分別加工8-?18通孔、8-?26深21的臺(tái)階孔，然后把剛加工出來(lái)的其中4個(gè)孔中分別旋入4顆M16內(nèi)六角螺釘，與工裝上4-M16的螺紋孔⑤配合，把活塞導(dǎo)套緊固在工裝上。因考慮在加工其它部位時(shí)，這些壓板會(huì)與刀柄發(fā)生干涉，此時(shí)可以拆下4個(gè)壓板②及4個(gè)六角螺釘③。

第5步，用?41加長(zhǎng)鉆銑刀把2-?41的導(dǎo)向孔加工出來(lái)，然后粗銑2-?64。此時(shí)檢查?64孔壁是否有砂眼氣孔，檢查無(wú)異樣后方可繼續(xù)加工。接著粗精銑寬22 mm、深15的長(zhǎng)槽，精鏜2-?64孔，最后定位其余各孔和倒角。

第6步，把自制刀具裝入主軸中，開(kāi)始加工?45×9.7的密封槽。以活塞導(dǎo)套前端面設(shè)置為進(jìn)刀軸的零點(diǎn)，刀具在?64孔中進(jìn)入至182 mm坐標(biāo)處，然后刀具徑向慢慢切入2.4 mm。到達(dá)槽底尺寸后，刀具軸向移動(dòng)4.6 mm即達(dá)到槽寬9.6 mm，再次重復(fù)以上步驟精銑密封槽，使槽寬度和深度達(dá)到圖紙尺寸精度要求。

第7步，調(diào)用臺(tái)階孔加長(zhǎng)刀套與刀具，如圖7所示，將機(jī)床臥式直角頭旋轉(zhuǎn)180°，加工2-?67和2-?56臺(tái)階孔，控制好尺寸精度。最后用中心鉆加工的方法，定位2×2-M16的位置。

第8步，所有尺寸加工完成，進(jìn)行自檢，確認(rèn)無(wú)誤后卸下工件。把專(zhuān)用吊鉤從活塞導(dǎo)套大端放入，松開(kāi)所有壓緊螺絲，把工件慢慢吊起，輕輕推動(dòng)活塞導(dǎo)套的小端從工裝中移出，把工件吊出卸下、送檢[7]。

4 結(jié)束語(yǔ)

對(duì)65寸硫化機(jī)活塞導(dǎo)套的加工，通過(guò)重新設(shè)計(jì)工裝、刀具及工藝的編制，解決了加工中的難題。工件新工藝方案的實(shí)施，使加工過(guò)程不再產(chǎn)生振動(dòng)等問(wèn)題，且正反面所有結(jié)構(gòu)尺寸僅需1次裝夾即可全部加工出來(lái)，所以正反2面各孔位置度和同軸度也得到了保證，既提高了生產(chǎn)效率，又保證了產(chǎn)品精度。此工藝設(shè)計(jì)合理、生產(chǎn)實(shí)用、便于裝夾操作、可行性好，極大地提高了工作效率，降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，給企業(yè)帶來(lái)良好的經(jīng)濟(jì)效益[8]。據(jù)生產(chǎn)試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)，采用新工藝方案后生產(chǎn)效率提升65%以上，產(chǎn)品質(zhì)量約提高40%，該工藝方案有較大參考價(jià)值。