加长薄壁铝合金两瓣瓦的高效加工方法

孟祥志，王德宽，陈文辉，李昕，闫作铭，付广东

北方华安工业集团有限公司 黑龙江齐齐哈尔 161006

1 序言

图1所示两瓣瓦材料为2A12-T4铝合金，结构为对称结构，尺寸精度及几何公差要求都非常严格，全长800-0-1mm，外径129-0-0.2mm，内径123+0.20+0mm，最薄处单边厚2 mm，要求内径与外径同轴度为f0.15mm。未切开前是典型的加长薄壁铝合金筒状工件，切开后形成两瓣瓦成品，工作时成对使用，要求一对工件对扣在一起能满足图样要求，且工件之间的缝隙宽度＜0.5mm，给加工提出了很大的难题。

图1 两瓣瓦

2 原加工工艺存在的问题

现有工艺路线是先将工件内外径车削至成品尺寸后再切开，车削过程中为了消除工件的内应力，将切削余量分两次去除，且增加了两次人工时效。两瓣瓦原加工工艺流程：下料→粗车外径→平左端面、粗车左内径→平右端面、粗车右内径→固溶时效→粗车外径→平右端面、半粗车右内径→平左端面、定全长、半精车左内径→人工时效→半精车外径→精车内膛→精车外形→人工时效→铣削剖开（线切割/水切割）→钳工校正→检验。

此加工方法在切开之前，基本保证了工件尺寸，由于工件壁厚太薄，在剖开成形后，两瓣瓦因状态改变，内应力释放，所以产生了严重的胀口变形，铣削切开变形量为2～3mm，且工件对扣后无法满足图样要求。分析认为是切开时装夹和机械加工应力联合作用导致工件变形。采用装夹力和切削力比较小的水切割和线切割进行试验，水切割切开变形量为1.2～1.7mm，线切割切开变形量为0.7～1.1mm，均未达到图样要求。

3 改进后的加工工艺

为了解决工件变形大、缝隙大的问题，改变固有的思维模式，改进工艺方法，创造性地采用先切开、后车削的方案，其好处在于工件在成形之前切开，应力已经释放，尺寸公差和几何公差均不受形态变化的影响，从而使工件在对扣状态下既能保证满足图样要求，两瓣瓦的缝隙宽度又能控制在0～0.2mm，满足使用要求。

改进后的两瓣瓦加工工艺流程：下料→粗车全长→对称剖开→车定位锥面→精车外形→精车内径→去毛刺→检验。详细的工艺方案内容如下。

（1）下料 工件毛坯原材料为GB/T 4437.1—2015铝及铝合金热挤压管中的f130mm×12.5mm的2A12-T4管，采用带锯机下料，单件长度815mm。

（2）粗车全长 将已下好料的管两端见光，控制全长尺寸＞810mm。

（3）对称剖开 采用卧式铣床加工，将工件用压板固定在V形铁上，打表找正工件，用2mm厚片铣刀将工件对称剖开，并用锉刀对铣削平面进行修整，保证铣削平面平整光滑无毛刺。图2为铣削剖开的两瓣瓦。

图2 铣削剖开的两瓣瓦

（4）车削定位锥面 设计定位锥面作为工艺台阶。采用车削定位锥面专用夹套装夹两瓣瓦，该夹套采用35CrMnSiA材料，淬火硬度40～45HRC，保证了夹套的强度。夹套上每90°均布4个M14螺纹孔，螺钉端面需平整光滑，保证定位夹紧准确[1]。使用时将两个夹套分别固定在对称剖开铝筒毛坯的上下两端，其中两个对称螺钉对正两瓣瓦缝隙处，先轻轻预紧这两个螺钉，使对称剖开处平整，防止两瓣瓦错位。然后压紧两瓣瓦圆弧顶点处的两个螺钉，使两瓣瓦对称压合，保证工件铣削平面均匀接触无缝隙，将固定好的两瓣瓦采用双顶的方式装夹在车床上，车削外圆基准面（见图3）。以外圆基准面为定位基准，车削两端面及内径定位止口（见图4），控制全长810mm。采用两顶方式装夹工件，车削两端锥角为20°的5m深的定位锥面（见图5）。在车削过程中需采用与之配合的定位套检验锥度，并控制定位套与端面间隙在0.15mm之内，保证在压紧的情况下定位牢固准确，控制工件全长800mm。车削定位锥面及全长尺寸（见图6）。

图3 车削外圆基准面

图4 车削内径定位止口

图5 车削定位锥面

图6 全长尺寸

（5）精车外形 采用车削外径专用夹具装夹两瓣瓦（见图7），在夹套不拆卸的情况下，将左、右定位套装入工件内径两端，与定位止口相配合，保证配合间隙在0.05～0.1mm。将左定位压盖与工件先后套在中心轴上，左定位压盖与定位锥面相配合；将右定位压盖安装在工件右端，与定位锥面相配合，预紧压紧螺母，卸掉夹套。用顶尖顶紧心轴，旋紧压紧螺母，保证工件装夹稳固。车削工件外径（见图8），加工至成品尺寸。外径加工好的半成品如图9所示。

图7 采用车削外径专用夹具装夹两瓣瓦

图8 车削工件外径

图9 外径加工好的半成品

（6）精车内径 采用图10所示车削内孔专用夹具装夹两瓣瓦，该专用夹具由夹具本体及压盖组成，采用两端螺纹旋紧的方式装夹工件[2]，夹具本体内外径通过磨削加工，内外径同轴度＜0.015mm。将工件装入专用夹具内，工件外径与夹具内径采用间隙配合，间隙为0.05～0.1mm，采用压盖压实工件端面，车削过程分多刀去除内孔加工余量，在最后一刀精加工时，适当调小压盖压紧力，减小夹紧力过大带来的变形[3]，车削内孔至成品尺寸（见图11），并去除定位锥面。

图10 车削内孔专用夹具

图11 车削内孔至成品尺寸

（7）去毛刺 卸下工件，对工件进行同组标记，以方便成对使用，对称剖开处进行锐角倒钝、去毛刺。

（8）检验 成品检验。加工完的两瓣瓦成品如图12所示。

图12 两瓣瓦成品

4 结束语

针对加长薄壁铝合金两瓣瓦进行的工艺创新，不仅节省了3道时效工序，节约了加工成本，而且创造性地改变固有加工模式，采用先剖开后车削的加工方式，提高工件加工质量，使工件的变形量控制在0.05～0.15mm，缝隙宽度控制在0～0.2mm，可为类似结构的对称剖开零件的加工提供参考和借鉴。