深孔零件加工技术研究及应用

赵广军 张常玲 董志修 姜春茂 梁江北 朱序 徐宇航

（北方华安工业集团有限公司，黑龙江 齐齐哈尔，161046）

1 现状描述

1.1 壳体结构

某产品壳体内孔深750mm，内膛孔径最大尺寸为φ125mm，最小尺寸为φ99mm，壳体壁厚差设计精度≤0.5mm，壳体结构简图见图1。

1.2 壳体加工工艺流程：

下料→感应加热→→冲孔→拔伸→冷检→锯切口部余料→钻中心孔→粗车外圆→车外形→全检。

图1 壳体结构简图

1.3 组合油压机工作原理

冲孔、拔伸工序采用油压机，该压机为两工位组合压机，并配置专用机械手，实现自动夹卸工件，自动化程度较高，压机结构简图见图2。

图2 组合油压机

该压机可连续完成壳体冲孔、拔伸两道工序的加工，冲拔精度较高，壳体冲拔毛坯技术要求，壁厚差≤2mm，内膛表面无锐棱及毛刺、圆滑过渡，壳体冲拔毛坯图见图3。

2 原因分析

该壳体为批量生产加工模式，批产数量较多，壳体内膛尺寸及表面质量由冲拔加工直接保证，内膛不再进行机械加工，冲拔壳体外形需进行车削加工，车削加工需以壳体内膛定位装夹，因此壳体内膛冲拔精度高低，直接影响后续机加装夹定位精度。

通过对壳体冲拔、机加工艺加工过程进行排查分析，确定了壳体加工壁厚差超差的原因为：

1）坯料存在氧化铁皮，冲拔时使壳体内膛表面加工质量降低，各别严重的壳体内底及内壁存在局部压坑现象，壳体氧化皮压坑见图4。和储存润滑剂，提高冲孔精度。

图3 壳体冲拔毛坯图

图4 壳体内底及内壁氧化皮压坑

图5 冲头及导正套

图6 高压水去氧化皮装置（左）及内部结构（右）

2）冲头增设导正套

在冲头上部增设模具口部导正套，导正套与模子同心能保证冲头定心良好，提高冲孔精度，冲头及导正套见图5。

3）增加高压水去壳体坯料氧化皮工序，消除由氧化皮造成的内膛压坑问题

壳体毛坯加热后表面存在氧化铁皮，热冲压时冲头可能将氧化铁皮压入金属内，使壳体内表面产生压坑现象。因此在坯料加热后增加高压水清除氧化铁皮工序，利用高压水的冲击力，同时借助氧化铁皮和钢遇冷收缩的不同，使氧化铁皮迅速脱落，清除坯料感

2）壳体冲拔后冷却不均，各别壳体内膛存在椭圆，使壳体机加装夹定位精度降低。

3）壳体冲拔后内膛存在氧化皮，影响壳体机加装夹定位精度。

4）壳体机加需多次装夹，存在累积装夹误差，且装夹定位基准选择不统一，使壳体加工精度降低。

3 关键工艺技术改进

3.1 冲拔工艺改进

1）改进冲头结构

冲孔工序使坯料镦粗，增大截面填满模腔，冲头头部为平头，将平头改为头部中心凸结构，由冲头的中心凸起在坯料上压出压窝，压窝可供冲孔冲头定位应加热后外表面产生的氧化皮，解决由氧化皮造成的壳体冲拔内膛压坑问题，高压水去氧化皮装置及内部结构见图6。

3.2 改变壳体拔伸后冷却方式，消除壳体内膛椭圆

壳体拔伸后直接横放在工房地面上，空冷至室温，由于壳体冷却不均匀，导致壳体内膛存在椭圆。改进壳体冷却方式，采用缓冷装置均匀冷却壳体，毛坯经热检合格后,由上料装置提升至缓冷装置以约40℃/min的速度冷却到550℃以下,然后慢速冷却至室温，为调整冷却速度可以加快缓冷线进料速度或用隔热罩降低冷却速度，冷却后的毛坯由下料装置转到驱动辊道上,送至毛坯存放地，通过采用缓冷装置冷却壳体，解决了壳体冷却不均匀造成的内膛椭圆问题。

图7 壳体机加示意图

3.3 壳体机加前，增加内膛喷砂工序，清除内膛氧化皮

采用立式喷砂机，φ2.5铁丸，0.8MPa压缩空气，通过压缩空气吹动铁丸，进行壳体内膛喷砂，清除冲拔壳体内膛氧化皮，提高内膛表面质量，消除氧化皮对壳体机加定位装夹精度的影响。

3.4 壳体机加工艺改进

3.4.1 机加工艺流程改进

壳体机加工艺改进前，锯切口部余料采用带锯机加工；钻中心孔采用专用钻中心孔机床，将壳体推入合形胎具，顶紧后钻中心孔；粗车外圆、车外形采用仿形车床，使用三爪内夹爪绷紧内孔，夹爪端面轴向定位，顶尖顶紧尾部中心孔。

由于壳体机加装夹次数较多，存在装夹累积误差，且装夹定位基准不统一，存在装夹定位基准不统一误差，使壳体加工精度降低，部分壳体出现壁厚差超差问题。

对机加工艺及装夹定位方式进行改进，将锯切口部余料、钻中心孔、粗车外圆、车外形四道工序整合为一道工序，采用专用夹紧芯轴，一次装夹加工而成，减少装夹次数，提高壳体加工精度。

采用大功率专用数控车床代替钻中心孔机床、仿形车床、六角车床，该机床有3个上刀架同时加工外圆和端面，两个下刀架完成两端切断加工，尾部有一个动力刀头用于打中心孔、铣端面加工，该机床为高效专用数控车床，切削效率较传统机床提高数倍以上，壳体机加示意图简图见7。

3.4.2 壳体改进优化后加工工艺流程

下料→感应加热→高压水去氧化皮→冲孔→拔伸→缓冷冷却→冷检→内膛喷砂→钻中心孔、切口部余料、车全形→全检。

4 效果

通过改进优化壳体冲拔加工工艺，增加坯料表面高压水去氧化皮及内膛喷砂工序，采用缓冷装置冷却壳体，解决了壳体冷却不均内膛椭圆问题，提高了壳体冲拔加工精度及内膛表面加工质量。改进壳体机加工艺，设计专用夹紧芯轴夹具，采用大功率专用数控机床车削壳体，减少了装夹次数，提高了壳体装夹定位精度，实现一次装夹完成全部车削加工，提高了壳体加工精度，同时提高了生产效率，通过上述工艺优化改进，解决了深孔壳体壁厚差加工超差问题，降低了壳体加工废品损失，节约了生产成本。