活塞套类零件加工过程中的难点及工艺方案

郎俊峰

摘 要：本文主要阐述了活塞套类零件的基本情况，以及在试生产过程中遇到的内孔槽挤压变形、同轴度尺寸超差造成的零件内孔草鉻酸层被碰伤两个问题，并根据数据收集、数据分析、顾客咨询、试验方法、工具改造、群策群力等多种方法解决加工难点，对后期同类型产品的加工提供宝贵的加工经验。

关键词：活塞套；镗孔；同轴度；软爪；珩磨

中图分类号：TH162 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）07-0067-03

1 零件概要

活塞套类零件（图1）是我公司转包生产主要产品族之一，是空客公司主流产品A320系列飞机转向、爬升、降落等飞机动作的重要部件之一。由于该零件的重要性和大批量性，按照客户的要求，该项产品需按两个阶段进行交付，第一阶段主要为无特种工艺的粗加工阶段；第二阶段为在粗加工后，进行表面处理及精加工。在整个产品的生产试制过程中，第一阶段的粗镗孔工序和第二阶段多个工序是该产品族在试生产阶段遇到的困难最多的几道工序，下面我们就产品族中的一项产品，在加工时遇到的几个难点展开逐一讨论。

2 零件加工高阶流程

由于该产品的重要性，客户要求我们在试生产加工该型产品时，必须完全依照其之前在英国工厂的工艺流程进行产品加工（图2）。第一阶段是由粗加工外形到零件整体草鉻酸工序前；第二阶段是在草鉻酸生产线获得客户的批准后开始加工，一直到完全满足设计图纸的全部特性要求，实现产品的完全交付。

3 零件加工过程中的难点及解决方法

3.1 粗加工阶段的镗孔工序

在粗加工阶段加工的难度主要在精加工镗孔工序，内孔台阶尺寸φ22.255+0.02（见图3）的加工上。在试加工第一批零件时，投产的20件，有15件是因该尺寸不合格而造成的报废。

按照顾客的要求，试生产零件报废率在30%以上是不允许作为首批的样件交付的。对于该成批报废的问题，公司内部召开了专题的质量分析会，会上我们就现有的镗内孔加工程序（图4、图5）进行了确认：首先是加工内孔尺寸，后挖内孔槽，走台阶面，再挖内孔槽，最后走孔口倒角。在反复观看了走刀的方式后，我们提出了一个对于这种材质零件来说会存在的一个问题。由于零件是铝质材料，而且材质偏软铝，在按照原有工序加工内孔槽的时候，在刀具切削时会造成该内孔台阶被挤压而产生变形，造成该内孔台阶局部尺寸超差。为了解决该问题我们会同操作者集思广益，更改了原有的加工方法，在不改变原有的加工步骤上先不把内孔台阶尺寸φ22.255+0.02加工到位（预留φ0.1mm左右的余量），而是在镗完φ22±0.025的孔尺寸后，先加工4.95±0.05和4.55±0.05两个内孔槽，当两个槽完加工成后，再精镗台阶孔尺寸φ22.255+0.02到最终尺寸。从试验批零件的结果来看，再无零件内孔尺寸超差，挤压产生变形的问题得以解决，粗加工阶段的样件也得以顺利交付顾客，获得顾客批准。

3.2 第二阶段的加工难点

随着公司的草鉻酸特种工艺生产线获得客户的验收合格，这标志着客户与我公司活塞套产品族第二阶段产品试加工正式启动。

（1）在第二阶段的试生产的过程中，最难的难题就发生在草鉻酸后的精镗孔工序。镗孔工序重要的就是先镗软抓，镗软抓水平的高低将直接影响到同轴度和内孔尺寸的加工，按照顾客提供的样本工艺规程要求，在草鉻酸工序后，需要对φ22±0.05的内孔（见图6）进行精镗孔加工到尺寸φ22.206～φ22.221，镗内孔的目的是去除内孔草鉻酸层，再在后期镀上黑色硬质阳极化层。

二次装夹加工后，加工22.206～φ22.221内孔，而且要求对第一次装夹加工的台阶孔只有0.01的同轴度。

在试制初期，我们采用的是传统的加布胶木软爪，这种软爪的特点就是夹铝制、铜质等软性金属时零件不易让零件变形，而且不会夹伤零件，易修整；缺点是如果长时间大批量的加工，在冷却液长期的冲刷下，软爪自身容易产生变形，不利于高精度零件的加工。由于试制时零件数量小，加工周期短，在试制初期我们并没有发现变形这一问题，但是在随着产品上量加工，由于变形的问题，引起内孔φ22.206-φ22.221对内孔φ22.255-φ22.275，同轴度超差，最终导致在进行最后一道机加工序精珩内孔φ22.206 -φ22.221时，内孔φ22.255-φ22.275表面草鉻酸层被珩磨油石碰伤，在当时的情况下，由于草鉻酸层被碰伤，我们在相关规范中找到可以涂抹化学转化膜进行返修，但是普通的涂刷无法通过顾客的盐雾试验，导致上千件零件因碰伤这一问题无法交付顾客（图7）。

用于镗孔的设备是公司新进的哈挺数控车床GL 250（其重复定位精度可达0.005mm，夹持外径有356mm，加工长度为1050mm）属高精度大型回转类零件的加工設备，同时该型设备附带冷却液增压泵，加工时，冷却液输出压力可达20个兆帕，完全满足枪钻等工具对深长孔加工的冷却液需求。引进该设备主要就是为了满足客户活塞、活塞套等产品族的加工具有很强的针对性。设备本身的精度是可以达到加工要求的。

从设计图纸上看，两个内孔极限孔尺寸差只有0.034mm，除去珩磨设备自身的稳定性，两者尺寸差初步估算只有0.015 -0.02mm左右，我们对碰伤的零件进行了一个测量数据统计，我们各拿50件碰伤和未碰伤的零件分别测量两个内孔的孔径值和两个内孔的同轴度值，运用六西格玛的方法对数据进行分析后表明：同轴度结果的好坏很大因素上影响了零件是否被碰伤。

我们顺藤摸瓜哪又有哪些因素影响了同轴度的结果呢？继续运用六西格玛的方法来进行收集数据，我们分别对第二阶段的几个工序（镀草鉻酸层、镗孔、镀黑色硬质阳极化层、珩孔）进行了同轴度测量，分析后结果显示，镗孔工序对同轴度产生的影响最大。我们在顾客机加工程师的建议下，对我们装夹零件的软爪进行了更换，采用客户在英国工厂加工时所采用的软爪（见图8）进行比对性测试。

我们对新引进的软爪进行了技术特点分析：其夹持面为玻璃纤维（又称玻璃钢）材质，这种材质的最大特点是不受温度，湿度等外部环境的控制而产生变形，稳定性好，修整起来也十分的方便，实在是加工这种零件软爪的不二之选。

调整软爪的过程也是十分花力气的一个过程。在安装好软爪后，我们先不进行调整，先装夹零件，再用磁力表架装好千分表对零件需要加工的内孔进行测量；测量时需要慢速转动零件，转动的同時也要把千分表伸进内孔里面，不是简简单单测量一下空口的位置就完成了，完后根据测量的结果修整软爪装夹面，之后反复测量，修整，直到测量结果满足0.006max最大为止。选择0.006max主要还是为了考虑零件本身的修正值在内。

在经过装夹调试和初镗软爪后，第一件φ22.206～φ22.221的尺寸和同轴度的要求经过测量为合格产品。再次装夹零件，再次加工，合格。再一次装夹，再一次加工，还是合格。10件试样件零件全部加工完毕，尺寸和同轴度要求均满足设计图要求。10件的试样件并不能满足我们的要求，我们又继续跟踪记录了两批共100件零件的连续加工，虽然有些波动，但是最终我们要的0.01的同轴度是满足了，又一项加工难点顺利解决。

在检验同轴度时，为了提高检测效率，我们使用了专用测具（见图9），其特点就是携带方面，可以满足活塞套类零件外圆对内孔或者内孔对内孔的跳动100%测量。

（2）为了进一步改善零件被碰伤的可能性，我们在珩磨上也进行了改善。我们认为在珩磨加工过程中，由于珩磨杆过长也会碰伤到内孔台阶的草鉻酸层，严重的会将草鉻酸层直接珩掉，露出铝机体。由于在珩磨厂商那里购买标准珩磨杆导削槽和珩磨油石过长（硬质阳极化内孔长34.5mm，标准珩磨杆导削槽尺寸约为47.8mm。

由于在国内市场上找不到合适的珩磨杆及油石，在确认客户无法提供帮助的情况下。

我们只有自己动手修改珩磨杆和油石。首先，我们用铜棒加工出一个用于磨削珩磨杆导削槽的一个保护套，并用线切割把铜套一破二，把破开的铜套放在珩磨杆外保护起珩磨杆在磨削过程中不至于被夹变形或者夹伤。再用数控磨床把珩磨杆的导削槽磨短致合适尺寸（见图10、11），最后用手工锯把油石两头均匀的锯下合适的尺寸，使得油石尺寸大约在40mm左右，最终把油石和珩磨杆配套后用于实际零件加工。

4 结语

经过我们对产品加工过程中几个难点的改善，半年近1500件零件的数据收集，产品的一次提交合格率已达到95%，产品得以顺利的交付顾客，满足顾客的需求。

该零件在技术难点上的解决，也为后期其他4个类似活塞套的加工扫平了加工障碍，成为后期其他公司类似的产品族类零件的加工打下坚实的技术基础。