前閥體零件的加工

■ 中車青島四方車輛研究所有限公司 （山東青島 266100） 李 松

隨著鐵路行業的迅猛發展，產品的多樣性不斷增加，結構種類較多，尤其是結構復雜、加工難度較大的異形零件不斷增多，產品的質量要求隨之增高，加工周期變長。本文所述前閥體就是車床加工的一種異形復雜零件。原來利用普通車床的傳統裝夾方式加工菱形零件，裝夾找正難度較大，效率較低。為此進行工藝改進，先將標準卡爪改造成專用卡爪，打破傳統裝夾方式；再由普通車床改為數控車床加工。改變裝夾方式后，能夠實現快速穩定定位，達到減少輔助時間、提高效率、降低成本和按期交付的目的。最終產品加工時間由60min減少至10min，產品合格率提高到99%。這種車削菱形零件的先進操作方法具有一定的推廣意義，類似零件加工時可以借鑒。

1. 研究目的

長期以來，車床加工前閥體一直是在普通車床上采用傳統的單動卡盤裝夾，但是由于生產任務緊、交付周期短，為了減少輔助時間、提高加工效率、降低成本和按期交付，實現快速穩定的裝夾，就要對自定心卡盤的卡爪進行改造，以實現快速裝夾，從而大幅減少輔助時間。此外還要進行設備升級，改由數控車床加工，使生產效率提高70%左右，從而提前完成交付。

2. 前閥體零件結構及技術要求

前閥體零件如圖1所示。技術要求：①未注圓角半徑R2～R5mm。②加工尺寸未注公差按GB/T 1804—2000《一般公差未注公差的線性和角度尺寸的公差》中m級執行，鑄造尺寸未注公差按GB/T 6414—1999《鑄件尺寸公差與機械加工余量》中CT10級執行。③固溶處理硬度170～200HB。④銳邊倒鈍。圖2所示為零件三維立體圖，圖3所示為加工后最終零件實物。

圖1 前閥體零件

圖2 零件三維立體圖

圖3 零件實物

3. 原加工工藝

原加工工藝流程：粗車端面→粗車外圓及圓角→粗車內孔及斜面→粗車外圓槽→粗車內圓槽→冷卻→精車端面→精車外圓→精車外圓槽→精車圓角→精車內孔及斜面→精車內圓槽→倒角→更換卡盤→粗、精車端面。

原加工工藝存在如下問題：

1）材料難加工，易產生表面硬化，散熱慢。前閥體是車鉤裝置連掛系統BP閥組成內的一個不銹鋼鍛造零件，材料為ZG0Gr18Ni9，已固溶處理到硬度170～200HBW，切削相對容易，但表面容易產生硬化，硬化后對刀具的磨損和質量要求都有很大影響。并且不銹鋼材料加工切削熱量不易散發，需將粗、精加工工序分開，待零件冷卻后才能精加工，以免影響尺寸精度。

2）裝夾困難，輔助時間長，勞動強度高。原采用普通車床單動卡盤裝夾（見圖4），單動卡盤雖然是一個多樣化的通用夾具，但其最大的缺點在于卡爪是單獨調節的，不能快速完成裝夾，不能重復裝夾，不能軸向定位，而且單動卡盤加工完一端，還要再次更換自定心卡盤加工另外一端，每加工一批前閥體就要更換一次卡盤，需多次更換卡盤，裝夾效率較低，增加了大量的輔助時間，長時間會使操作者過度疲勞。

3）加工內容多，要求操作者技能高，生產效率低。前閥體需要加工的內容比較多，涵蓋了外圓槽、內圓槽、斜面和圓角等，而普通車床車刀架最多裝4把車刀，實際上最少需要5把車刀才能完成加工，這就需要再次頻繁地更換刀具、對刀才能完成加工，而且對操作者的技能要求很高。此加工方式效率低下，已完全不能滿足生產計劃及質量要求。

圖4 單動卡盤裝夾方式

4. 加工工藝的改進

針對原加工工藝存在的問題，對加工工藝進行了改進。改進后的工藝流程為：粗車端面→粗車外圓及圓角→粗車內孔及斜面→粗車外圓槽→粗車內圓槽→精車端面→精車外圓及圓角→精車外圓槽→精車內孔及斜面→精車內圓槽→調頭→粗、精車端面。

（1）改造卡盤專用卡爪 根據前閥體工件的幾何形狀，利用NX軟件編程生成程序，然后在立式加工中心把自定心卡盤正卡爪（切記采用一體式卡爪，因為分離式卡爪帶有螺絲孔不便使用）的輪廓形狀加工成與前閥體外形相吻合，深度加工到10mm（軸向定位用，見圖5），此裝夾方式只需幾秒鐘的時間就可以完成裝夾（見圖6），且可以完成軸向定位，簡單實用。裝夾前要清理一下棱邊毛刺，以免影響裝夾時找正。

圖5 專用卡爪

圖6 裝夾狀態

（2）使用數控車床替代普通車床加工 工藝改進前采用單動卡盤需要在普通車床上進行加工，由于刀架只能安裝4把車刀，而實際上至少需要5把車刀才能完成加工，且效率、外觀及尺寸都不能達到理想的效果。工藝改進后采用自定心卡盤加專用卡爪，可以將前閥體放在數控車床（見圖7）上進行車削加工，刀架裝4把車刀可以實現一次裝夾成形（見圖8），省去多次頻繁換刀、對刀的時間。改進后裝夾方式的優點是能夠快速穩定地裝夾，減少了單動卡盤找正中心的時間。數控車床較普通車床而言，具有高靈活性、柔韌性，加工效率高，產品外觀美（見圖9），尺寸穩定等特點。

圖7 數控車床

圖8 車刀的安裝

圖9 數控車加工后的效果

改進后的加工工藝具有如下優點：①加工效率高。②尺寸精度穩定，合格率提高。③降低了操作者的勞動強度及技能要求。④質量安全有效可控。⑤減少換刀及更換卡盤次數，縮短輔助時間。⑥減少零件冷卻等待時間。

5. 結語

對于卡爪的改造打破了傳統思路，提質增效效果顯著。新工藝安全、可靠，一次加工成形，減少了操作者勞動強度，降低了操作技能要求，同時具有生產效率極高、尺寸精度穩定、裝夾牢固方便、輔助時間短以及質量安全可靠等優點，提高了加工表面質量，保證了產品交付期。新工藝方法可為類似幾何形狀產品的加工提供參考。