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对C型件加工的工艺探索

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  摘 要:通过对有一定代表性和特殊性的加工实例-C型轴的加工工艺路线进行分析,以实测数据为依据,凸显了时效等常规工艺手段在精密、易变形零件加工中的重要作用,同时,也佐证了模拟实验等辅助工艺手段在日常加工中的重要地位,为同类零件加工提供宝贵经验。
  关键词:变形;时效;模拟实验
  随着技改的一步步推进,国内各大型企业设备更新换代日趋完成,越来越多的高精尖设备在日常生产中担起了重任。很多以前极难达到的精度要求,比如≤0.02mm的尺寸精度要求、镜面光洁度等,现在有了高精尖设备的保障,用常规的工艺手段就可满足。但还有极少数类型的零件,因为结构特殊,加工过程中容易变形,即便是用最先进的设备加工,也不容易控制尺寸精度。其中,C型件无疑是最具代表性的零件。下面,就C型件的加工工艺谈几点看法。(需要特别说明的是,下文中的加工数据均是实际加工所得实测数据)
  以右图所示C型轴为例。
  先从右图对C型轴的工艺特性进行简单分析。首先,零件尺寸较大,开口深且宽,极容易因为应力释放产生收口变形;其次,该零件尺寸精度要求较高;最后,根据设计要求,该轴装配后要进行负重旋转,极易在安装后产生再次变形,影响使用。通过工艺分析我们知道,对于这个零件,加工难度在于加工中的变形和装配后的变形控制。
  怎样控制加工中的变形呢?我们当然不能改变加工中内应力的自然释放,但我们可以通过工艺手段疏导并控制它。C型轴采用的是铸造毛坯(灰铸铁),为了让铸造毛坯内应力充分释放出来,加工前我们对毛坯进行了长时间的自然时效,可以说,自然时效的“疏导”结果是显著的,三件坯料的开口收了1.5~2mm不等。当然,为了改善铸件切削加工性能,粗加工前对零件进行退火也是必要的。退火后,开始对零件进行粗加工,粗加工其实非常考验工艺人员对零件变形程度的预估能力,对于这种极易变形的零件,粗加工后单边预留加工余量不应少于1mm。此外,为了防止切削轴向压力引起零件变形,设计了专用支撑块来撑住零件开口。虽然支撑块可以抵消切削压力,但不能阻止内应力释放,零件后续仍然会变形收口。消除切削加工产生的内应力还是应该“疏导”,对零件进行时效处理,必须要提醒的一点是,最好是让零件采用安装位进行时效处理,以便应力得到彻底的释放。粗加工以后,为了尽量消除零件内部的变形因素,还要进行半精加工,半精加工后单边留加工余量0.5mm,加工方法同粗加工,加工完毕后仍然要进行时效。在经过粗加工、半精加工后,变形一次比一次小,这说明零件在加工过程中,内应力得到了比较充分的释放。接下来,应该进行最关键的精加工。一般的精加工,所有尺寸都应加工到位,但是对于这个零件,必须还要考虑一点,就是零件安装后要负重旋转,因此,对于零件安装后还存在形变的尺寸235±0.05,精加工不能到位,要预留0.3mm的单边余量。精加工的加工方式仍然同粗加工、半精加工一样,而且仍然要进行时效,但经过这次时效后,变形已经非常细微了。
  由于零件的特殊性,我们在精加工后仍然预留了单边0.3mm加工余量,意在抵消安装后的变形。但是,怎样控制安装后的变形呢?最直接、最有效的方法当然是模拟实验。根据设计提供的数据,模拟了零件安装后的负重和旋转次数,让零件在模拟工作条件下进行充分的变形,再对零件进行最后的加工,加工方法同前。在经过粗加工、半精加工、精加工及模拟实验后加工前后共计四次加工后,C型轴的各项特性均达到了设计图纸要求,并且在交付使用后,质量跟踪数据表明,C型轴各项特性在使用中仍然能保持稳定。
  现在,对C型轴加工过程进行一下梳理。C型轴加工难点在于变形,而采取的工艺路线为粗加工→半精加工→精加工→模拟试验后加工,前三次加工均预留加工余量并时效。通过实际加工可以看出,多次加工并时效可以有效释放零件加工产生内应力,预留加工余量可以抵消变形量。由此,对于易变形、精度较高的零件,增加加工次数、安排时效工序是很实用的工艺手段,具体工艺路线可以根据具体零件来定,但工艺思路是一样的,同时,应该考虑零件使用要求,把各种可能影响零件特性的因素考虑在内,这样,可以极大地降低零件的返修率,控制加工成本。
  在“科学技术是第一生产力”的大背景下,工艺技术日新月异,一些陈旧的工艺手段已经退出舞台,但是,很多好的工艺手段我们应该沿用下来,并推陈出新、发扬光大。
  参考文献
  [1]机械工程材料[M].机械工程出版社 ISBN978-7-111-27640-1,222-P266.
  [2]车工一点通[M].科学出版社 ISBN978-7-03-032191-6,P266、P267.
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