提高殼體組件孔徑向跳動合格率的工藝改進

□ 張紅梅 □ 周華勇

中國航發(fā)西安動力控制科技有限公司 西安 710077

1 問題現(xiàn)狀

采用過盈配合將襯套壓入并固定在殼體座孔內(nèi),是殼體組件的一種常見結(jié)構(gòu)。一些組件需要控制襯套與殼體之間的某些位置尺寸公差。對于這類技術(shù)要求的實現(xiàn),普遍的做法就是通過計算尺寸鏈并分配公差,分別對襯套和殼體的相關(guān)位置尺寸公差進行加嚴(yán)控制,以此來保證壓裝之后襯套與殼體的累積位置公差符合要求。

殼體組件如圖1所示,口部殼體孔對襯套內(nèi)孔有徑向跳動精度要求。技術(shù)要求如圖2所示,φ36 mm孔對φ9 mm孔的徑向跳動不大于0.08 mm。φ36 mm孔是殼體孔,φ9 mm孔是襯套孔,壓裝襯套的殼體座孔尺寸為φ14 mm。長期以來該技術(shù)要求一直難以保證,加工的合格率很低。

▲圖1 殼體組件▲圖2 技術(shù)要求

2 影響徑向跳動因素分析

徑向跳動公差指被測要素某一固定參考點圍繞基準(zhǔn)軸線旋轉(zhuǎn)一周時允許的最大變動量。殼體孔相對于襯套孔的跳動,受到的影響因素比較多,經(jīng)過分析主要因素有以下四個:

(1) 殼體φ36 mm孔圓度偏差大;

(2) 襯套φ9 mm孔圓度偏差大;

(3) 襯套外圓對內(nèi)孔徑向跳動大;

(4) 兩孔軸線同軸度較大。

對上述這些因素分別進行分析排查。

2.1 殼體φ36 mm孔圓度偏差大

殼體φ36 mm孔是徑向跳動的被測要素,它的圓度偏差對測量的徑向跳動值有直接影響。圓度偏差值越大,測量的徑向跳動值越大。由工藝方法分析,該孔的加工是在加工中心上完成加工的,孔徑大而深度淺,加工用的鏜刀剛性足夠,能夠保證加工達到很高的形狀精度。而根據(jù)實際測量結(jié)果看,該孔的圓度偏差都在0.005 mm以內(nèi),相比較徑向跳動公差0.08 mm而言影響很小,所以可以排除殼體φ36 mm孔圓度偏差大的影響。

2.2 襯套φ9 mm孔圓度偏差大

襯套φ9 mm孔是測量徑向跳動的基準(zhǔn)要素,如果襯套φ9 mm孔的圓度偏差大,會因為計量采點位置的不同而導(dǎo)致測量徑向跳動結(jié)果的不確定性。但是該孔是由研磨加工完成的,工藝過程都要求該孔圓度公差控制在0.002 mm以內(nèi),并且使用氣動量儀百分之百檢查合格,所以也可以排除襯套φ9 mm孔圓度偏差的影響。

2.3 襯套內(nèi)外圓徑向跳動大

襯套外圓的加工是以內(nèi)孔為定位基準(zhǔn)穿芯棒磨削加工的,這種方式加工的外圓對內(nèi)孔的徑向跳動都在0.005 mm以內(nèi)。而襯套內(nèi)孔的尺寸是在壓入殼體座孔之后經(jīng)研磨完成。

研磨內(nèi)孔是一個自為基準(zhǔn)的工藝過程,另一方面襯套孔的長徑比接近于10,在這種條件下研磨孔很難改變之前由機械加工所形成的襯套內(nèi)外圓之間的徑向跳動值,所以這個工藝過程可以將外圓的徑向跳動值控制在0.005 mm之內(nèi)。因此,襯套內(nèi)外圓跳動的原因也可以排除。

2.4 兩孔同軸度偏差大

φ36 mm孔與φ14 mm座孔的軸線同軸度偏差對測量徑向跳動值有直接的影響。理論計算可知,中心偏離增加0.01 mm,徑向跳動值就會增大0.02 mm。而且從實際計量結(jié)果來看,有相當(dāng)一部分殼體的φ36 mm孔對φ14 mm座孔的同軸度偏差為0.03～0.04 mm,由這個因素引起的徑向跳動量可以達到0.06～0.08 mm。

2.5 綜合分析

殼體加工工藝過程如圖3所示。

▲圖3 殼體加工工藝過程

第95工序中,φ36 mm孔加工到了設(shè)計尺寸,同時還有后工序定位所用的A面也是在這道工序中加工的。第105工序?qū)面進行了研磨。第200工序,精鏜加工φ14 mm座孔到最終尺寸,定位基準(zhǔn)是第105工序研磨的A面。分析殼體的加工過程可以看出,殼體的φ14 mm座孔和φ36 mm孔是在不同工序加工的,那么由于裝夾及定位精度誤差的存在,使φ14 mm座孔和φ36 mm孔的同軸度產(chǎn)生一定程度的偏差,從而影響組件中殼體孔對襯套孔的徑向跳動。

經(jīng)過以上分析,確定殼體φ36 mm孔對φ14 mm座孔的同軸度是影響殼體組件中徑向跳動不合格的主要因素。

3 工藝改進

3.1 改進方案及對比

為了控制φ36 mm孔相對于φ14 mm座孔的同軸度,可以首先考慮將這兩個孔一次裝夾完成加工,但是鑒于這兩個孔的表面處理要求不同無法實現(xiàn),所以在后工序加工φ14 mm座孔時采用單孔找正的方法加工。具體的改進方案有兩個。

方案一,在對殼體陽極化表面處理前增加半精鏜φ14 mm座孔余量的要求,與φ36 mm孔在一道工序中完成,在對殼體陽極化表面處理后精加工φ14 mm座孔時,找正φ14 mm座孔自身,再精鏜孔到最終尺寸。

方案二,在對殼體陽極化表面處理后的鏜孔工序改為用側(cè)面定位,加工時先單件找平A面,再找正φ36 mm孔坐標(biāo)設(shè)置為零,然后精鏜φ14 mm座孔到最終尺寸。這兩個方案都是將φ36 mm孔相對于φ14 mm座孔的同軸度改為由機床的定位精度和找正精度來決定,可以確保將兩孔的同軸度誤差控制得很小。

比較這兩個方案,方案一雖然增加了φ14 mm座孔的半精鏜要求,但是加工者的手工作業(yè)量增加得不多。方案二雖然沒有增加φ14 mm座孔的半精鏜要求,可是還要找平A面,手工作業(yè)量和難度都比方案一有所增加,所以優(yōu)先考慮采用方案一。

3.2 方案驗證及分析

首先對方案一進行了驗證,結(jié)果發(fā)現(xiàn)到殼體組件加工階段所有零件的跳動值均全部超差了,φ36 mm殼體孔對襯套φ9 mm孔的跳動都在0.12 mm以上,比原來改進之前的超差情況更為嚴(yán)重。

對方案一的工藝過程及殼體結(jié)構(gòu)進行分析,發(fā)現(xiàn)殼體高度比較高,φ14 mm座孔較深。找正一般都是在孔口部進行,即上端,而φ36 mm孔是在下端,可以認(rèn)為φ14 mm座孔上下兩端的中心投影到定位面上是不重合的,即半精鏜后的φ14 mm座孔相對于定位A面是不垂直的。而半精鏜φ14 mm座孔與A面銑加工同時在95工序一次裝夾完成,φ14 mm座孔對A面肯定是垂直的。在105工序中又對A面進行了研磨,這是唯一可能破壞φ14 mm座孔對A面垂直度的環(huán)節(jié)。結(jié)合研磨加工的特點分析,由于殼體A面上的一邊有凸起,在105工序研磨A面的時候不能清根,這樣會導(dǎo)致研磨完的殼體A面偏斜,如圖4所示。這樣在200工序加工時,由于定位A面的偏斜,在對φ14 mm座孔找正時,φ14 mm座孔軸線是傾斜的,如圖5所示。這種情況下,精鏜的φ14 mm座孔與φ36 mm孔的同軸度會產(chǎn)生較大的誤差。

▲圖4 殼體面研磨偏斜▲圖5 殼體孔偏斜

經(jīng)上述分析,找到了問題的原因,驗證確認(rèn)方案二的改進思路。這一方案中,要找平A面,可以保證最終加工出來的φ14 mm座孔對A面的垂直度,再單件找正φ36 mm孔后進行加工,這樣可以保證兩孔的同軸度誤差很小,以此達到控制φ36 mm孔對φ14 mm座孔的徑向跳動值的目的。經(jīng)過加工驗證方案二是可行有效的,經(jīng)統(tǒng)計,襯套壓入并研磨后φ36 mm殼體孔對φ9 mm襯套孔的徑向跳動合格率達到了100%。

4 結(jié)束語

殼體類零件結(jié)構(gòu)復(fù)雜,要素多,加工過程比較煩瑣,工序之間影響因素也很多,需要我們針對零件的具體結(jié)構(gòu)進行分析思考,要多關(guān)注,多考慮零件的特殊之處。尤其對于一些采取傳統(tǒng)的手工作業(yè)工序,要多思考這些加工方法的局限性和風(fēng)險,對這些特殊結(jié)構(gòu)在加工過程中會產(chǎn)生的實際影響要有準(zhǔn)確的預(yù)見,這樣才能切實提高工藝編制和改進質(zhì)量。