作为ZL28成型机组上的重要零件,支板零件薄且长,精度高、易变形,多处公差要求控制在0.02毫米(含)内。许昌烟机公司通过跨部门合作的方式,优化加工工艺,实行对称铣切,成功攻克了薄壁、异形类零件的加工难题,支板合格率达到100%。
支板零件是许昌烟草机械有限责任公司ZL28高速滤棒成型机组上的一个重要零件。该零件原材料是超硬铝,两处由内外圆弧相交形成的曲面酷似山羊的角,因此又被形象地称为“羊角”。整个零件又薄又长,最薄处不足1毫米,属于典型的薄壁、异形类零件。
薄壁零件致命的弱点是加工极易变形。引起变形的因素无外乎两点:一方面,支板零件的材料去除率高达90%以上,去除量大易引起变形;另一方面,薄壁异形类零件形状不规则,装夹难度大,易引起变形。
对于“羊角”这个零件,两个难点集于一身。要生产出合格支板零件、圆满完成生产任务,需要较高的工艺技术和加工技能水平。今年2月底,许昌烟机公司组织生产技术部、机加车间技术骨干,开展了跨部门联合攻关。
优化加工工艺是前提。生产技术部副主任工程师孙万杰根据零件精度高、极易变形的特点,对工艺规程进行“拆分”:不仅按传统方法分成粗加工、半精加工、精加工“三步走”,还优化细化机械加工工序,增加工艺草图,从加工部位、加工余量等方面具体指导生产,防止零件加工变形。同时,他还根据材料去除量大的特点,设计了几道稳定处理工序,以消除零件加工过程中产生的内应力,稳定加工质量。
选择适用的加工方法是关键。许昌烟机公司将加工任务交给了加工经验丰富、酷爱钻研的高级技师朱润涛。
装夹问题是加工零件首先要解决的问题。如此高精度、极易变形的重要零件,之前没有加工经验可借鉴,只能自主摸索。朱润涛仔细研读图纸,熟读工艺规程,零件从毛坯到成品,每一个阶段“长”什么样他都烂熟于心。在此基础上,他制作专用工装,避免加工过程中的干涉现象,尽可能一次装夹加工多个结构;使用精密虎钳装夹,确保定位精准、装夹稳固,并尽可能降低加工成本;巧妙利用五轴加工中心立卧转换等先进的功能,尽量减少因装夹频繁带来的加工精度降低问题,以提高加工的质量和效率。
装夹问题搞定,接下来就是加工。
五轴加工中心加工零件,主要方式是铣削,不同零件所用的铣削方法也不相同。支板零件壁厚太薄,特别是内外圆弧面相交构成的两只“角”,最薄处不足1毫米,需要用刀具铣削成形,铣削方法是影响成败的核心要素。
朱润涛摸索铣削“羊角”的最佳方式,颇费周折,仅仅是加工参数的摸索,就用了一天时间。他从加工时工件发出的声音、机床振动、切屑等情况,判断切削用量参数是否可行,小心翼翼地试验着各个数据。这个步骤很关键,找不到合理的切削用量参数,比如吃刀量、进给量、切削速度等,零件的加工就无从谈起。
参数找到后,如何切削又是一个难题。加工阶段不同,切削方法也有所不同。最难的是精加工阶段,虽然在半精加工阶段就预留好了加工余量、工艺搭子,但在第一刀试切的时候,零件还是出现了波浪一样的振纹。薄壁零件出现振纹绝不仅仅是粗糙度差的问题,更是精度超差的前兆。如果平行度、对称度等各项精度无法保证,零件加工出来就是废品。
朱润涛开动脑筋想办法,他先用铣刀“吃”进0.05毫米,把一只“角”的内外圆弧面铣了一遍,再按照同样的方法处理另一只“角”。加工完毕,测量,发现两只“角”的大小不一样——相差0.03毫米,超出了0.02毫米的公差范围。进一步分析发现,两只“角”的加工存在时间差,造成公差偏大。
看来常规的路走不通,朱润涛决定另辟蹊径。既然时间差影响加工效果,那么同时加工两只“角”那?他尝试采用对称式加工,即左右轮流加工,也就是左边“吃”一刀,接着右边也“吃”一刀,这样左右两边加工和等待的时间相同。试切后测量,两只“角”的大小相同,终于找到了正确的铣削方法!
首件零件加工好了,朱润涛再次测量。测量结果出乎意料的好:零件的各项公差均在0.02mm之内,精度高于图纸所标注的公差范围。成功了!
前不久,按照新工艺规程和加工方法生产的3件支板零件以100%的合格率通过质检,顺利入库。
支板零件加工难题的解决,为异形薄壁零件的加工提供了新思路、新方法,特别是为防止机械加工变形提供了科学有效的方法。
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