硬质合金轴套类零件键槽导向角加工优化

时世荣 朱春茂

摘 要：针对硬质合金轴套类零件键槽导向角在电脉冲加工时存在工件找正困难，电极定位不准确等缺陷，设计制作新的定位系统、电极、电极夹持系统，解决了加工过程中存在的问题，优化了硬质合金轴套类零件键槽导向角的加工工艺，有效的提升了加工效率和产品质量。

关键词：硬质合金；导向角；找正；加工；优化

1 引言

硬质合金轴套系列产品，具有耐高温、耐腐蚀、耐磨损等优异性能，使用寿命长，广泛应用于现代生产制造业中。特别是在一些工作环境极端恶劣的情况下，硬质合金轴套系列产品的使用更为广泛，比如石油天然气、汽车船舶、钢铁矿山等规模工业生产。硬质合金轴套良好的使用性能和持久的使用寿命是提高工业生产效率的有效表现形式。因此，制造出合格的硬质合金轴套系列产品就显得尤为重要。尤其是尺寸精度要求高的精密石油机械合金轴套，其生产加工作业需要严谨的工艺配合要求。在硬质合金轴套类零件加工过程中，键槽导向角的加工是关键工序。硬质合金轴套类零件键槽导向角一般采用电脉冲加工成型，其尺寸的一致性是精密合金轴套零件配合的关键因素。

硬质合金轴套类零件导向角加工的关键因素在于被加工件的定位、找正以及加工电极的装夹和使用。传统的加工方式因人为因素造成工件定位不一致，找正时间长，被加工件的导向角一致性差，加工效率低。针对这一情况，本文通过对合金轴套类零件键槽导向角的加工过程进行分析，重新设计制作了新的工件定位系统和电极夹持系统，同时优化了电极的设计和加工，有效的解决了导向角尺寸不一致，加工效率低等问题。新的电极制作工艺简单，加工成本大幅下降，满足了硬质合金轴套类零件导向角大批量加工的需要，保证了产品质量的稳定。

2 传统加工方式分析

硬质合金轴套类零件外形无加工基准，传统加工方式通过操作者目测键槽位置进行找正，采用平口钳夹装；铜电极选用棒材车削后铣方，铣导向角，采用弹簧夹头装夹铜电极，利用电极导向角与硬质合金轴套类零件上的键槽的相对匹配性确定电极位置。其缺陷在于：

①由于装夹时需用百分表将方形电极找平，找正时间长，加工效率不高；

②由于电极平面小，只有6mm宽，找正精度不够，加工的产品一致性不好；

③产品定位靠操作员与铜电极匹配确定，其匹配精度不能量化，不利于大批量生产的质量控制；

④电极无法重复使用，经济性差。

3 优化后的加工方式

鉴于传统加工存在的诸多不便，首先从工件的自动定位上寻求突破点，重新设计工件定位系统。硬质合金轴套类零件在加工导向角前的键槽已由线切割加工成型，尺寸和形位公差均达到了用于作为定位基准的要求，按此特点设计专用定位工装，其外圆及凸键尺寸均按与被加工件配合间隙在0.02-0.04mm加工控制，如此便可保证被加工件的定位中心和键槽方向性。将专用工装直接吸附在永磁磁台上，以直边找平，再将被加工件装配好，即完成了快速装夹和自定位。

其次，根据导向角的加工特点，优化加工导向角所使用的电极形状。在轴套键槽导向角加工过程中，工作部位为铜电极的一个直面和两个角度面。根据此特点，重新优化设计电极结构，将电极设计成块状。新的电极结构可左右端两次使用，且当电极使用消耗以后可利用快走丝线切割切除损耗的局部区域，剩余部分可继续使用，直至该层的角度电极消耗完毕，再通过磨削加工端面及角度面后重复使用，电极材料的利用率得到了极大的提升，降低了电极成本。块状电极为长方形或方形。长方形或方形的片状电极加工简单，定位方便。

然后，根据新的块状电极机构，并结合目前我单位配备的3R系统夹具，设计和制作了特殊电极夹持系统。电极定位模块通过固定螺钉将电极贴平于工装主体的基准面，确保电极在水平方向固定；通过侧块和紧固螺钉将电极固定于工装主体上，确保电极在垂直方向上固定，这样就完成了电极的准确定位。电极夹持工装的工装主体固连于3R夹具基准系统的基准元件上，使电极的加工基准和使用基准一致，解决了电极的快速更换和自定位问题，提高了电极对工件的加工效率。

4 不同加工方式的加工效率对比

针对不同加工方式进行对比实验，实验表明改进后的加工方式具有明显优势，具有良好的推广前景。

（1）生产合格率对比

同一操作员利用上述不同加工方式各加工了200件产品，对生产过程进行跟踪、数据统计及分析。分析结果显示改进后的加工方案明显提升了硬质合金轴套类零件导向角一次合格率（见表1）。

（2）加工效率对比

对同一操作员利用上述不同加工方式進行加工的班产量进行统计，使用传统加工方式的班产量为37件，使用优化后的加工方式的班产量为53件。新的加工方式明显提升了硬质合金轴套类零件导向角的加工效率，满足了硬质合金轴套类零件导向角大批量加工的需要。

5 结语

针对传统加工方式存在的缺陷，通过对被加工件定位系统的重新设计制作，解决了产品的重复定位问题；更改电极为块状，块状电极加工简单，仅需平面磨及多用磨就能完成电极的加工，大大提高了电极对工件的加工效率，同时使用后的电极经修复可重复使用，提高了电极材料的利用率，降低了电极加工成本。重新设计制作了电极夹持系统，实现了电极快速更换和自定位的功能，有效的解决了电极的快速更换和自定位问题。

通过对工件定位系统、电极、电极夹持系统三个方面的改进，使得硬质合金轴套类零件键槽导向角的加工尺寸一致性得到大幅改善，加工效率明显提升。优化后的加工方式满足硬质合金轴套类零件键槽导向角大批量加工的需要。

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