閥體加工工藝的改進

■沈陽機床股份有限公司 （遼寧沈陽 110142） 田立明

■沈陽鼓風機集團股份有限公司 （遼寧沈陽 110869） 陳永鋒

閥體是閥門機械產品的主要零部件，一般起到承受介質壓力的作用。閥體零件結構相對復雜，其毛坯一般通過鑄造形成，材料一般為鑄鐵和鑄鋼，少數為不銹鋼材質。本文所介紹的某公司閥體材質是鑄鐵，通過介紹閥體在立式加工中心上的加工工序及夾具，引出在實際加工中出現的閥體上的孔相對于中心基準位置度超差的問題，為了彌補V形塊產生定位誤差的缺陷，通過調整工藝路線來巧妙地解決這個問題。

1. 閥體原始工藝路線

圖1所示為某公司閥體零件，材料為H T250。加工技術要求為：①鑄件應符合GB/T 12229—2005的規(guī)定。②鑄件須經退火處理。③未注鑄造圓角R 3 ～R5mm。④未注公差的加工尺寸按GB/T 1804—2000規(guī)定的H14（h14）js15。⑤閥座堆E410，回火后硬度33～38HRC，加工后厚度≥2mm。⑥鑄字按50J41H-160-01a/A。

圖1中φ88H7、φ110H7孔、φ205h8和φ215h8外圓的精度比較高，是該零件的重要尺寸。該公司采用一臺臥式車床、一臺立式車床和一臺立式加工中心（配第四軸轉臺及圓盤尾座）進行加工。

零件機加工工藝路線為：用臥式車床分別粗、精車φ215mm外圓及端面→粗、精鏜φ88H7內孔→調頭粗、精車φ215mm外圓及端面→粗、精鏜φ88H7內孔。

換立式車床粗、 精車φ 205h8外圓及端面→粗、精鏜φ110H7孔→粗、精車φ53mm孔上端面→鏜φ53mm孔和φ50mm孔。

換立式加工中心，轉臺旋轉至90°鉆φ215mm外圓端面上的φ25mm孔，留余量→鏜φ25mm孔→轉臺旋轉至0°鉆φ 205mm外圓端面上的φ 22mm孔，留余量→鏜φ 22mm孔→轉臺旋轉至－90°鉆φ215mm外圓端面上的φ25mm孔，留余量→鏜φ25mm孔。

2. 立式加工中心夾具方案

立式加工中心機床上主要加工3個外圓端面上的孔。為了提高加工效率，機床配置第四軸轉臺及圓盤尾座，這樣就可以實現一次裝夾完成孔的加工。定位基準選擇φ215mm的外圓中心，用V形塊定位外圓面限制工件4個自由度；另外一個定位基準選擇φ205mm外圓中心，也是用V形塊定位外圓面限制工件2個自由度。這樣工件的6個自由度就全都被限制了。夾具如圖2所示，夾具的壓緊點選在外圓面上。

圖1 閥體零件

圖2 夾具

3. 加工誤差原因分析

用圖2所示夾具在配有第四軸轉臺及尾座的立式加工中心上加工，加工完成后檢測，出現孔的位置度超差問題。此前加工中心通過了GB/T 20957.7—2007標準試料驗收要求，根據標準試料的精度來看，零件圖上孔的位置度可達到要求。分析認為，問題可能出在夾具上。夾具定位誤差分為基準移動誤差和基準不重合誤差。分析閥體原始加工工藝路線可知，車削φ 215m m外圓及φ 88mm內孔的基準是采用互為基準原則加工，都是以外圓中心為基準，車削φ 205h8采用特殊夾具，也是以外圓中心為基準。在立式加工中心上也是圍繞著外圓中心為基準進行加工，根據圖樣分析來看，由于設計基準與定位基準始終是重合的，所以不存在基準不重合誤差。立式加工中心上的夾具定位元件為V形塊，V形塊定位通常會有基準移動誤差，計算公式為Δ Y＝δd/[2sin（α/2）]，其中ΔY為基準移動誤差（見圖3），δd為工件外圓直徑公差，α 為V形塊兩個限位面的夾角。

本文所選V 形塊夾角為90 ° ， 外圓直徑公差為0.072mm，可得出基準移動誤差為0.051mm，而圖樣上要求的位置度公差值為0.05mm，顯而易見定位誤差已經超過位置度公差，這是不能滿足加工要求的。由此可以判斷，位置度超差與V形塊定位誤差有關。

圖3 基準移動誤差示意

4. 解決方案

位置度和垂直度超差的原因已經找到，此時有3種解決方案。

1）方案1：更改夾具定位元件。3個外圓面采用平面定位方式，這樣可以減少基準移動誤差，但是治標不治本，不能很好地解決位置度超差問題。

2）方案2：增加工序，將φ205h8、φ215h8外圓直徑精車至φ205h6、φ215h6，可將基準移動誤差降至0.02mm，這樣可以對位置度誤差影響大大減小，和方案1比起來要好一些。缺點是對車床加工精度要求高一些，不僅降低了加工效率，增加了制造成本，而且從量產的角度看，很難保證這個精度。

3）方案3：更改閥體整體工藝路線。圖樣上的設計基準都是內孔中心，在立式加工中心工序鉆孔前增加精鏜內孔工序，用來重新校正因V形塊定位造成的基準移動誤差，同時取消所有車床上精鏜內孔的工序。這樣原來的工藝路線就變?yōu)椋河门P式車床先分別粗、精車φ215mm外圓及端面→粗、精鏜φ88H7內孔→調頭粗、精車φ215mm外圓及端面→粗鏜φ88H7內孔。

換立式車床粗、精車φ205h8外圓及端面→粗鏜φ110H7孔→粗車φ 53mm 孔上端面→鏜φ53mm孔和φ50mm孔。

換立式加工中心，轉臺旋轉至90°精鏜φ 88H7內孔→鉆φ215mm外圓端面上的φ25mm孔留余量→鏜φ 25mm孔→轉臺旋轉至0°精鏜φ110H7孔→精銑φ53mm孔上端面→鉆φ205mm外圓端面上的φ 22mm 孔留余量→鏜φ 22mm 孔→轉臺旋轉至－90°精鏜φ 88H7內孔→鉆φ215mm外圓端面上的φ25mm孔留余量→鏜φ25mm孔。

這樣就可以將基準移動誤差的影響降低至零。位置度和垂直度全都靠機床的精度保證。減少2把精車內孔的車刀，增加了2把鏜刀和1把立銑刀，所增加的刀具成本能夠接受，生產效率幾乎沒什么變化，不影響產能，是一個可行的方案。

最終決定選用方案3來解決孔位置度超差問題。

5. 結語

綜上所述，可知用V形塊定位是有誤差的，因此在精加工過程中重新校正了定位基準，調整了相關工序，解決了因V形塊定位誤差而造成孔位置度超差的問題。此前我們始終被車床外圓和內孔是一個基準這一誤區(qū)所困擾，忽視了卡盤定位與V形塊定位的不同，導致閥體工藝路線安排出現了不足。文中采取的解決方案，為今后精加工用V形塊定位工況提供了可借鑒的經驗。

專家點評

作者的加工思路比較靈活，定位方法清晰明確，沒有被外圓和內孔是一個基準的誤區(qū)所困擾，準確判斷法蘭孔位置度超差與V形塊定位誤差有關，并通過調整工藝路線巧妙解決了問題，為今后遇到V形塊定位工況時提供了經驗。