装配件衬套加工工艺方法探索

徐红彦， 舒晓君， 苗奎

（中航飞机股份有限公司 长沙起落架分公司，陕西 汉中723200）

0 引 言

装配件衬套孔通常采用数控镗削方法加工，在镗削的过程中可以通过对刀具X、Y方向的调整来实现产品孔位的控制，来保证产品孔及中心距尺寸要求，但存在被加工衬套孔中心与零件机体孔中心不同轴的质量隐患，镗削后造成衬套壁厚尺寸不均匀，影响产品的使用寿命。而采用手工铰削，对于直径大于100 mm的孔，劳动强度大。本文以扭力臂装配零件为例，探索更合理的加工方法。

1 工艺分析

1.1 结构分析

图1为扭力臂零件装配件示意图，两耳片孔中心距为720 mm，耳片宽530.25 mm，其中2-φ110H7孔全跳动量为0.025 mm，同时φ58H7孔与2-φ110H7孔平行度为0.1 mm。孔加工后表面粗糙度值为Ra0.8 μm。

图1 装配件结构示意图

1.2 衬套孔加工工艺性分析

零件机体材料为300M超高强度钢，被加工衬套为ALUM BRONZE青铜，为保证加工后衬套壁厚的均匀性，以及2-φ110H7双耳片孔直径公差尺寸和两孔的同轴度，φ58H7孔中心轴线与2-φ110H7双耳片孔中心轴线平行度，我们采用一次装夹铰孔或珩磨的加工方法。

2 加工难点和主要技术指标分析

2.1 加工难点

1）被加工孔直径大于φ100 mm，手工铰削困难；2）保证孔与孔之间、孔与面之间的形位公差要求；3）加工后衬套壁厚的均匀性，孔尺寸的稳定性和一致性。

2.2 主要技术指标

3 解决方案

主要从合理的衬套尺寸、铰削刀具装置和加工专用夹具三方面入手。协调衬套尺寸，确保衬套在装配时的过盈量尺寸合理。在铰削刀具方面采用非标专用铰刀装置进行加工，在该装置中有非标定制铰刀、定位件、转接件、万向节等专制结构件，其中铰刀具有导向、切削、修光的功能，万向节可实现零件加工过程中的自动定心，这样可以补偿表面处理后零件表面精度低的问题，同时可以降低夹具的制造精度。为减小人工铰孔的加工强度，制作专用工装夹具，以零件减轻腔中的φ140 mm孔定位并压紧，利用摇臂钻机床动力代替手工铰削动力，通过一次装夹并翻转零件完成两端耳片孔的加工，保证两端孔直径公差和2-φ110H7双耳片孔的同轴度要求。同时为保证孔壁的表面粗糙度要求，加工时需要施加乳化液及时将铜屑冲出。

3.1 衬套尺寸的协调

3.1.1 装配衬套收缩量

不同材料的装配衬套在液氮中冷却后，收缩量[1]计算公式为

式中：Δ为收缩量，mm；A为衬套材料有关的收缩系数，如表1所示；D为衬套外径。

表1 不同衬套材料收缩系数表

3.1.2 衬套尺寸协调

该案例中装配的衬套材料为ALUM BRONZE青铜，根据衬套的收缩量系数表、衬套材质、尺寸过盈量及零件的装配关系，进行装配衬套的尺寸协调，为确保衬套的互换性，按图样尺寸加工衬套内、外孔径，衬套凸缘端面留0.1 mm余量，其余尺寸按衬套图样保证。

3.2 确定装配方案

通常装配件的装配方式有3种：第一种是加热机体、衬套为常温的方式进行装配；第二种是机体为常温、冷却衬套的方式进行装配；第三种是加热机体、冷却衬套的方式进行装配。需要根据本单位的硬件设施合理选择具体的装配方式。这里选择第三种装配方式，将机体放入烘箱加热到145 ℃并保温1.5 h[2]，同时将衬套放入液氮中10～15 min至完全冷却。安装衬套时利用自制专用压块，用压力机均匀地将衬套压入机体，装配衬套的过程中避免砸入。

3.3 确定衬套孔加工方案

铰削时，铰刀从工件孔壁上切除微量金属层,以提高其尺寸精度和减小其表面粗糙度值，但铰削对于纠正孔的位置误差的能力很差[3]，为了保证衬套孔加工后衬套壁厚均匀性，保证加工后孔的形位公差要求，装配衬套前机体孔的相关位置、尺寸精度必须在装配衬套前严格保证，即机体孔2-φ118H7、φ66H7必须满足图样要求，为装配时减少和消除位置误差。

对于装配后孔的加工按下面方案进行：1）2-φ110 mm成对孔铰削加工原理。衬套孔铰削过程中采用两孔互为基准引导的方式分别进行加工，先以对面未加工孔为引导加工一个孔，反过来以加工后的孔为基准加工另一个孔，确保两孔的同心度。2）φ58 mm单孔铰削加工原理。与成对孔加工原理相同，以对面不加工孔φ61.1 mm孔采用胀轴定位并作为前引导，在铰削的过程中随着刀具向下运动，将定位胀轴慢慢推出，这时刀具的后引导套进入已加工的φ58 mm孔内，继续引导刀具加工。

3.4 铰孔装置设计

3.4.1 铰刀装置设计

根据前面成对孔、单孔的铰削原理，进行了刀具装置设计。其中φ58 mm单孔加工是铰削的难点。该孔对面φ61.1 mm孔为非加工孔，由于在装配过程中衬套压入机体时会造成衬套的微量变形，为消除衬套的微量变形不定因素，在φ61.1 mm非加工孔内采用胀轴引导定位，通过胀轴定心来解决衬套变形量不确定因素，同时为了防止在定位时对φ61.1 mm非加工孔壁的伤害，胀轴材料选用聚四氟乙烯。由于被加工材料为ALUM BRONZE青铜，刀具采用镶齿焊接式铰刀，刀片材质为Y330硬质合金。单孔的铰刀装 置 如 图2 所 示[4]。对于2-φ110 mm成对孔刀具装置按照单孔铰削原理设计。

3.4.2 铰孔装置设计

该装置主要包括引导套、铰刀、驱动铰刀旋转的驱动装置。其中导向套1和圆锥定位套3主要起引导作用，确保加工后的成对孔同轴度；挡销5起到限位作用，防止铰刀相对于刀杆的转动；转接头8是铰刀与万向节9的过渡连接；万向节9连接刀杆与机床设备，在铰孔过程中可以自动找正定心，实现驱动装置设备向下作用力方向与刀杆及成对孔心轴线共线，同时也可以消除装夹误差。动力轴10与机床连接，将机床动力转化成铰削转矩，为孔铰削的动力来源。铰孔装置设计如图3所示。

图2 铰刀装置结构示意图

图3 铰孔装置结构示意图

3.5 夹具装置设计

夹具设计原理：装配件一次装夹，实现两端耳片2组孔的铰削，保证形位公差及孔尺寸要求。夹具设计要求：夹具定位、夹紧具有可靠性、稳定性、高刚度的原则，装卸操作灵活方便。加工设备为摇臂钻床。

根据零件的结构特性，以型腔底面与直径为φ140 mm孔定位，由于是表面处理后的零件（存在保护层），故其定位芯轴与定位孔φ140 mm间要留有0.5～0.6 mm间隙，以保证零件可轻松装入定位座内并压紧。φ140 mm芯轴定位后，零件转动自由度未被限制，在此选用日本今尾快捷夹具，进行转动的限位，该快捷夹具能快速定位拆卸，装夹使用方便；夹紧采用圆形压板与螺母进行压紧，其可靠性高，安装拆卸方便。

为确保零件一次装夹完成2组孔的加工，该夹具制作成可±90°翻转，采用通过人工转动蜗轮蜗杆减速器来实现零件±90°角度的翻转加工，翻转后使零件耳片孔轴心线与机床工作台保持垂直（垂直不需要严格控制），翻转到位后使用滚花锁紧轴穿过底板圆孔锁紧底板即可。在零件翻转过程中为确保省力，将减速器输出轴齿轮齿数设为22齿,传动轴齿轮为44齿,传动比例为1:2。零件装夹结构示意图如图4所示。

通过制作专用夹具将零件定位装夹在工装夹具固定板上，铰孔前待加工孔中心轴线应与摇臂钻床主轴保持平行。

图4 零件装夹结构示意图

3.6 铰削加工参数

为保证孔的表面质量，在多次工艺试验的基础上，得出铰孔加工参数，如表2所示。

4 结 语

对于装配件衬套孔的加工，可以通过装配前机体预加工、衬套尺寸协调、装配过程控制、改进刀具装置、夹具装置等方式，实现产品加工后孔尺寸的稳定性和一致性，从而有效保证零件的加工质量。

表2 铰孔加工参数