深孔零件加工技術(shù)研究及應(yīng)用

趙廣軍 張常玲 董志修 姜春茂 梁江北 朱序 徐宇航

（北方華安工業(yè)集團(tuán)有限公司，黑龍江 齊齊哈爾，161046）

1 現(xiàn)狀描述

1.1 殼體結(jié)構(gòu)

某產(chǎn)品殼體內(nèi)孔深750mm，內(nèi)膛孔徑最大尺寸為φ125mm，最小尺寸為φ99mm，殼體壁厚差設(shè)計(jì)精度≤0.5mm，殼體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖見(jiàn)圖1。

1.2 殼體加工工藝流程：

下料→感應(yīng)加熱→→沖孔→拔伸→冷檢→鋸切口部余料→鉆中心孔→粗車(chē)外圓→車(chē)外形→全檢。

圖1 殼體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

1.3 組合油壓機(jī)工作原理

沖孔、拔伸工序采用油壓機(jī)，該壓機(jī)為兩工位組合壓機(jī)，并配置專用機(jī)械手，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)夾卸工件，自動(dòng)化程度較高，壓機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖見(jiàn)圖2。

圖2 組合油壓機(jī)

該壓機(jī)可連續(xù)完成殼體沖孔、拔伸兩道工序的加工，沖拔精度較高，殼體沖拔毛坯技術(shù)要求，壁厚差≤2mm，內(nèi)膛表面無(wú)銳棱及毛刺、圓滑過(guò)渡，殼體沖拔毛坯圖見(jiàn)圖3。

2 原因分析

該殼體為批量生產(chǎn)加工模式，批產(chǎn)數(shù)量較多，殼體內(nèi)膛尺寸及表面質(zhì)量由沖拔加工直接保證，內(nèi)膛不再進(jìn)行機(jī)械加工，沖拔殼體外形需進(jìn)行車(chē)削加工，車(chē)削加工需以殼體內(nèi)膛定位裝夾，因此殼體內(nèi)膛沖拔精度高低，直接影響后續(xù)機(jī)加裝夾定位精度。

通過(guò)對(duì)殼體沖拔、機(jī)加工藝加工過(guò)程進(jìn)行排查分析，確定了殼體加工壁厚差超差的原因?yàn)椋?/p>

1）坯料存在氧化鐵皮，沖拔時(shí)使殼體內(nèi)膛表面加工質(zhì)量降低，各別嚴(yán)重的殼體內(nèi)底及內(nèi)壁存在局部壓坑現(xiàn)象，殼體氧化皮壓坑見(jiàn)圖4。和儲(chǔ)存潤(rùn)滑劑，提高沖孔精度。

圖3 殼體沖拔毛坯圖

圖4 殼體內(nèi)底及內(nèi)壁氧化皮壓坑

圖5 沖頭及導(dǎo)正套

圖6 高壓水去氧化皮裝置（左）及內(nèi)部結(jié)構(gòu)（右）

2）沖頭增設(shè)導(dǎo)正套

在沖頭上部增設(shè)模具口部導(dǎo)正套，導(dǎo)正套與模子同心能保證沖頭定心良好，提高沖孔精度，沖頭及導(dǎo)正套見(jiàn)圖5。

3）增加高壓水去殼體坯料氧化皮工序，消除由氧化皮造成的內(nèi)膛壓坑問(wèn)題

殼體毛坯加熱后表面存在氧化鐵皮，熱沖壓時(shí)沖頭可能將氧化鐵皮壓入金屬內(nèi)，使殼體內(nèi)表面產(chǎn)生壓坑現(xiàn)象。因此在坯料加熱后增加高壓水清除氧化鐵皮工序，利用高壓水的沖擊力，同時(shí)借助氧化鐵皮和鋼遇冷收縮的不同，使氧化鐵皮迅速脫落，清除坯料感

2）殼體沖拔后冷卻不均，各別殼體內(nèi)膛存在橢圓，使殼體機(jī)加裝夾定位精度降低。

3）殼體沖拔后內(nèi)膛存在氧化皮，影響殼體機(jī)加裝夾定位精度。

4）殼體機(jī)加需多次裝夾，存在累積裝夾誤差，且裝夾定位基準(zhǔn)選擇不統(tǒng)一，使殼體加工精度降低。

3 關(guān)鍵工藝技術(shù)改進(jìn)

3.1 沖拔工藝改進(jìn)

1）改進(jìn)沖頭結(jié)構(gòu)

沖孔工序使坯料鐓粗，增大截面填滿模腔，沖頭頭部為平頭，將平頭改為頭部中心凸結(jié)構(gòu)，由沖頭的中心凸起在坯料上壓出壓窩，壓窩可供沖孔沖頭定位應(yīng)加熱后外表面產(chǎn)生的氧化皮，解決由氧化皮造成的殼體沖拔內(nèi)膛壓坑問(wèn)題，高壓水去氧化皮裝置及內(nèi)部結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖6。

3.2 改變殼體拔伸后冷卻方式，消除殼體內(nèi)膛橢圓

殼體拔伸后直接橫放在工房地面上，空冷至室溫，由于殼體冷卻不均勻，導(dǎo)致殼體內(nèi)膛存在橢圓。改進(jìn)殼體冷卻方式，采用緩冷裝置均勻冷卻殼體，毛坯經(jīng)熱檢合格后,由上料裝置提升至緩冷裝置以約40℃/min的速度冷卻到550℃以下,然后慢速冷卻至室溫，為調(diào)整冷卻速度可以加快緩冷線進(jìn)料速度或用隔熱罩降低冷卻速度，冷卻后的毛坯由下料裝置轉(zhuǎn)到驅(qū)動(dòng)輥道上,送至毛坯存放地，通過(guò)采用緩冷裝置冷卻殼體，解決了殼體冷卻不均勻造成的內(nèi)膛橢圓問(wèn)題。

圖7 殼體機(jī)加示意圖

3.3 殼體機(jī)加前，增加內(nèi)膛噴砂工序，清除內(nèi)膛氧化皮

采用立式噴砂機(jī)，φ2.5鐵丸，0.8MPa壓縮空氣，通過(guò)壓縮空氣吹動(dòng)鐵丸，進(jìn)行殼體內(nèi)膛噴砂，清除沖拔殼體內(nèi)膛氧化皮，提高內(nèi)膛表面質(zhì)量，消除氧化皮對(duì)殼體機(jī)加定位裝夾精度的影響。

3.4 殼體機(jī)加工藝改進(jìn)

3.4.1 機(jī)加工藝流程改進(jìn)

殼體機(jī)加工藝改進(jìn)前，鋸切口部余料采用帶鋸機(jī)加工；鉆中心孔采用專用鉆中心孔機(jī)床，將殼體推入合形胎具，頂緊后鉆中心孔；粗車(chē)外圓、車(chē)外形采用仿形車(chē)床，使用三爪內(nèi)夾爪繃緊內(nèi)孔，夾爪端面軸向定位，頂尖頂緊尾部中心孔。

由于殼體機(jī)加裝夾次數(shù)較多，存在裝夾累積誤差，且裝夾定位基準(zhǔn)不統(tǒng)一，存在裝夾定位基準(zhǔn)不統(tǒng)一誤差，使殼體加工精度降低，部分殼體出現(xiàn)壁厚差超差問(wèn)題。

對(duì)機(jī)加工藝及裝夾定位方式進(jìn)行改進(jìn)，將鋸切口部余料、鉆中心孔、粗車(chē)外圓、車(chē)外形四道工序整合為一道工序，采用專用夾緊芯軸，一次裝夾加工而成，減少裝夾次數(shù)，提高殼體加工精度。

采用大功率專用數(shù)控車(chē)床代替鉆中心孔機(jī)床、仿形車(chē)床、六角車(chē)床，該機(jī)床有3個(gè)上刀架同時(shí)加工外圓和端面，兩個(gè)下刀架完成兩端切斷加工，尾部有一個(gè)動(dòng)力刀頭用于打中心孔、銑端面加工，該機(jī)床為高效專用數(shù)控車(chē)床，切削效率較傳統(tǒng)機(jī)床提高數(shù)倍以上，殼體機(jī)加示意圖簡(jiǎn)圖見(jiàn)7。

3.4.2 殼體改進(jìn)優(yōu)化后加工工藝流程

下料→感應(yīng)加熱→高壓水去氧化皮→沖孔→拔伸→緩冷冷卻→冷檢→內(nèi)膛噴砂→鉆中心孔、切口部余料、車(chē)全形→全檢。

4 效果

通過(guò)改進(jìn)優(yōu)化殼體沖拔加工工藝，增加坯料表面高壓水去氧化皮及內(nèi)膛噴砂工序，采用緩冷裝置冷卻殼體，解決了殼體冷卻不均內(nèi)膛橢圓問(wèn)題，提高了殼體沖拔加工精度及內(nèi)膛表面加工質(zhì)量。改進(jìn)殼體機(jī)加工藝，設(shè)計(jì)專用夾緊芯軸夾具，采用大功率專用數(shù)控機(jī)床車(chē)削殼體，減少了裝夾次數(shù)，提高了殼體裝夾定位精度，實(shí)現(xiàn)一次裝夾完成全部車(chē)削加工，提高了殼體加工精度，同時(shí)提高了生產(chǎn)效率，通過(guò)上述工藝優(yōu)化改進(jìn)，解決了深孔殼體壁厚差加工超差問(wèn)題，降低了殼體加工廢品損失，節(jié)約了生產(chǎn)成本。