复杂壳体零件生产过程设计

于士杰 张晓山

【摘 要】针对有色金属材料质量轻、易变形的特点，在进行组合产品加工时，通过对产品的技术要求和功能特点进行认真的分析，对生产工艺进行合理的设计，可以有效优化生产过程，控制产品质量，提高生产效率。

【关键词】有色金属；生产工艺；装夹

特殊材料的制造加工一直是生产制造单位面临的技术难题，如何合理地进行工艺设计，优化生产过程也是教学与生产结合的重点。近期，与合作企业生产加工某组合装备的维护设备构件。该维护设备构件是气动控制系统的执行元件，由上盖、下盖、座架三部分组合而成，具备箱体薄壁类特征，内部为空腔形，箱壁上有垂直孔系，材料为有色金属ZL102，铸件毛坯余量小，首先采用单件试制生产。

根据构件在产品中的作用、位置、装配关系和工作条件，清楚了装配质量与使用性能的技术要求，依照现有的生产条件，对其构件生产过程进行设计，进行工艺技术文件编制，确定生产加工步骤。

1绘制零件图与工艺分析

这是一个结构复杂、定位装夹易产生变形、表面质量要求高，其加工质量影响到产品的运动精度、使用性能与工作寿命的基础件。从生产工艺的角度分析，难以采用通用零件的装夹方法进行生产加工，而要采用工序集中，将零件集中在少数几道工序内完成，粗、精加工连续相结合的方法。

为加工出符合图纸要求的产品，须选择合理的工艺路线与加工方法，解决加工过程中的装夹应力变形，达到图纸要求的尺寸精度、形位公差与技术要求[1]。在生产中，由车、铣、钳多工种配合作业，完成法兰孔的基准定位、螺纹车削、限位槽的铣削、法兰扁势加工等内容。

使用设备为：普通车床、数铣、钳钻等设备。工艺路线为：车→数控铣→钳。工艺要求如下：（1）根据零件结构，车削加工时首先选取装夹基准，校正，夹紧力适当。（2）由于端面面积较大，定位可靠，利于简化装夹结构，减少装夹变形，选取端面作为定位基准，轴向受力装夹，使用螺栓与U形夹头固定，避免径向受力造成工件装夹变形，自制辅助夹具，如下图所示。（3）数控铣加工时，工作台装夹工件，校正工件中心，钻出法兰分布孔位，使用弯板装夹工件端面校正，顶持，铣削扁势、槽，外圆，锥口。（4）控制尺寸精度与同轴度、位置度、表面粗糙度，保證零件加工质量。

2装配调试

该产品经过加工与检测，装配后，如右图所示。

使用单位将轴、轴承、活塞、膜片等零件按相互位置关系总装调试，协调其传动关系与运动，产品达到设计要求，可替代进口设备使用，其成本约为进口的五分之一，大大解决了依赖进口的尴尬局面。

3壳体类零件装夹时需注意的问题

壳体铸件毛坯尺寸和表面形状允差小，以保证加工余量均匀，壳体零件硬度变化范围小，以保证刀具寿命稳定，保证精加工的质量（尺寸精度、表面粗糙度等）稳定。有时因为在加工中心上装夹的需要，还要在壳体上预作出工艺凸台、工艺平面。壳体类零件一般以“一面两销”方式装夹，还应做到：

3.1选用精基准定位，以减少定位误差。

3.2尽量与设计基准重合，以减少基准不重合产生的定位误差。

3.3所选定位基准应尽量减少随设备的不同而带来的变化（卧式加工中心、立式加工中心、普通设备）。

3.4所选基准应有利于夹具结构的通用化，能有效减少壳体在夹具上的安装误差。

3.5能使得夹具夹紧机构简单、稳定。

3.6应使壳体露出尽可能多的加工面，以便于实现多面加工，利于保证加工面间的相对位置精度和技术要求，且减少加工设备的数量。

3.6壳体往往较大、较重，所选定位基准应使所加工的零件尽可能多露出加工面，以便实现多面加工，以确保加工面间相对位置精度。

4复杂曲面零件的工艺方案设计

4.1 零件结构的化繁为简

基于我厂现有的加工设备（三轴加工中心）和加工能力（仅能加工一些简单的曲面），将连续复杂的曲面零件的内容进行分解，分解为单一的、简单的曲面组合，将零件分解为曲面一、曲面二和曲面三，加工内容的化繁为简，使现有资源能得到充分的利用。

4.2工艺方案设计的关键点分析

4.2.1 基准的确定

分析桁条的结构特点，该零件外形结构不规则，没有相对稳定的定位基准，故定位基准的确定是一大难点。

（1）粗基准：零件毛坯为长方体，故粗基准选用毛坯的几何中心，粗基准位置比较可靠、简单易测量。

（2）精基准：因结构不规则，没有相对容易找到的定位基准，本次工艺方案的关键性难点是如何确定定位基准，结合零件的结构特点，本次工艺方案设计是：增加辅助工艺块，自己设定定位基准。

在零件的两端增加辅助工艺块，工艺块长度方向的两条边垂直于零件的最长直边，定位基准为长度方向的中心和零件直边的交汇处。该定位基准定位可靠，方便测量，半精加工和精加工均可用该基准。

4.2.2 工装的合理设计

精加工曲面一后，零件壁厚变薄，与工装板的接触面积变小，装夹困难，易发生倾斜，且存在变形，导致精加工后的曲面二与曲面一易产生错位，为曲面三的加工增加了较大的困难。

为了保证曲面二加工后的尺寸稳定，装夹可靠，操作方便，故本次工艺方案研究为增加辅助工装，增大零件与工装的接触面积。为了保证两个曲面不发生错位现象，故两曲面的加工基准必须统一，精加工曲面一时，在工艺块的两端做出两定位孔，采用两定位孔定位装夹，精加工曲面二，这样能有效保证两曲面的基准重合统一，保证尺寸稳定，定位可靠。采用辅助工装装夹，有效的解决了零件壁厚较薄，接触面积较小，装夹困难的问题。

4.2.3 工艺方法的选择

根据工艺流程安排，划分为三个阶段：粗加工――半精加工――精加工。

粗加工阶段：去除多余余量，选较大尺寸的刀具，选用大的吃刀量和切削速度，缩短加工时间，一般以提高生产率为主，兼顾经济性和加工成本，但该阶段切削力较大，要防止零件的松动。

半精加工阶段：进一步减少余量，该阶段要注意控制零件的变形和余量的保证。

精加工阶段：该阶段要在保证质量的前提下，兼顾切削效益、经济性和加工成本，要着重注意控制零件的变形，工件的定位可靠稳定，产品尺寸的有效保证，加工工序的先后顺序，以及装夹的方便，稳定可靠。加工过程中采用试切的方法，观察零件的振动情况，并进行尺寸的检测[2]。试切过程中通过不断调整切削用量（包括切削速度的控制、进给量的控制、及背吃刀量的控制），以达到最优的结果。

4.2.4 刀具的合理选择

根据机床的加工能力、工件材料的切削性能、工序内容、切削用量等因素，合理选择刀具，综合考虑生产率、刀具的耐用度，以达到适用、安全、经济的目的。粗加工选择较大尺寸的刀具，精加工要求准确加工出每个细微结构，选择小尺寸的刀具。

桁条由连续不规则的曲面构成，故选用刀尖带有R的立铣刀，零件为曲面，可以看做由许许多多细小的圆弧面构成，刀具铣削圆弧时，刀尖圆弧R上一点始终与圆弧面相切铣削，利用直线插补的方法，加工出所需要的曲面。

5效果验证

从现场的情况来看，通过本次工艺方案研究，该零件装夹方便可靠，尺寸能得到有效的保证，本次工艺方案合理可靠，能较好的实现复杂曲面零件的加工，提高了自身的竞争力，为同类型零件的加工奠定了基础。

6结论

综上所述，产品多样化复杂化是时代发展的必然趋势，只有技术的不断创新，才能更好的适应市场需求，不被市场淘汰。本次工艺方案研究，从零件的结构特点出发分析，合理选择加工方法，合理选用定位基准，实现了装夹稳定可靠，尺寸得到了有效保证，为后续类似零件的工艺方案设计奠定了基础。

参考文献：

[1]胡占齐，杨莉.机床数控技术.机械工业出版社.2010.1：22-23.

[2]关慧贞，冯辛安.机械制造装备设计.机械工业出版社.2009.11：6-32

（作者单位：长城汽车股份有限公司）