薄壁类壳体零件加工精度问题分析及解决方案

高文敏，梁迪，张显文

纽威数控装备（苏州）股份有限公司 江苏苏州 215153

1 序言

薄壁类变速器壳体零件，由于其结构特点，在加工中易受加工工艺、环境及设备条件等多方面因素的影响，导致此类零件的尺寸精度和几何公差不易保证，加工难度高，批量加工的稳定性差，因此需要从多方面进行分析，制定相应的解决方案。

2 零件的加工精度

加工一种薄壁类变速器壳体零件，毛坯先在机床上进行半成品面和部分孔的粗加工，半成品零件如图1所示。在立式加工中心上进行精度要求高的孔和面的精加工，零件的装夹如图2所示，成品零件如图3所示。孔的尺寸公差等级达IT7级，孔距尺寸的公差等级达IT5～IT6级。

图1 半成品零件

图2 零件的装夹

图3 成品零件

成品零件检测时，孔径的尺寸公差基本都能达到或优于图样的公差等级要求，但是孔间距的尺寸精度有超差情况，且超差情况不一致、不稳定。

3 机床精度的复检

在检查时发现，机床未按设备地基图施工[1]，机床未落到地基孔里，未进行灌胶固定，于是对机床的精度进行复检，结果见表1，机床水平精度和几何精度均有变化[2]，且超过合格证要求。

表1 机床精度复检结果

解决方案：恢复机床的水平精度和几何精度，使其达到出厂状态。机床精度恢复数据见表2。

表2 机床精度恢复数据

4 零件的加工和检测

4.1 问题分析

在工件的试切、检测和对数据的统计分析过程中发现，工件在不同的检测条件下三坐标复检，前后数据变化较大。

4.2 统计分析

在前期的试切和检测过程中，由于受三坐标检测条件的影响，机床试切的工件不能及时安排检测，发现不同批次前后检测数据波动较大，造成超差情况，随后在不同检测条件下对工件进行复检，发现前后数据变化较大，具体如下。

1）检测条件一：恒温前后对比。当天加工完送三坐标检测的数据，与在车间放置一夜后，第二天送三坐标检测，且放置了3h恒温后的复检数据对比发现，数据变化较大，工件上不同结构位置的尺寸变化的方向并无一定的规律可循，有尺寸变大的＋0.0297mm，也有尺寸变小的-0.0213mm。

2）检测条件二：环境大幅降温，零件未进行恒温前后对比。当天加工完送三坐标检测的数据，与在车间放置一夜后，第二天送三坐标检测，但未能恒温即复检的数据对比发现，当天降温达10℃，且未恒温的数据变化更大，有尺寸变大的＋0.0286mm，也有尺寸变小的-0.0501mm。

而且与检测条件一恒温后检测的数据相比，恒温检测时，向尺寸加大方向变大＋0.0297m m的685.08mm尺寸，环境大幅降温且未恒温检测时，却向尺寸减小方向变小了-0.0501m m，相差达0.0798mm；恒温检测时，向尺寸减小方向变小了-0.0213mm的206.332mm尺寸，环境大幅降温且未恒温检测时，却向尺寸加大方向变大了＋0.0286mm，相差达0.0499mm。

4.3 结论

从数据对比分析得出，工件受以下3方面的影响：①工件受内应力变形影响。②工件受温度变化的影响。③工件受检测条件不一致影响。

4.4 处理方案

针对3方面影响因素的处理方案如下。

（1）减小工件内应力影响的处理方案 改进加工工艺路线，尽量把加工内应力较大的工序提前，要求较高的精加工工序尽量靠后[3]，使加工内应力得以提前释放，以减少内应力变形的影响[4]。改进前后加工工艺路线对比如下。

1）改进前：10铣面（铣大平面，铣φ136H7孔端面）→20铣面（铣φ100K7孔底面）→30镗孔（粗镗φ100K7孔留量）→40镗孔（粗镗2个φ90K7孔留量）→50铣面（铣2个φ90K7孔端面，铣φ100K7孔端面）→60倒角（φ136H7、φ100K7和φ90K7孔口倒角）→70钻孔（钻各孔及螺纹底孔）→80扩各孔→90倒角（孔口倒角）→100镗孔（精镗2个φ90K7孔）→110镗孔（精镗φ100K7孔，精镗φ25H9孔）→120镗孔（粗镗φ136H7孔留量）→130镗孔（精镗φ136H7孔留量）→140扩孔（扩2个φ10H7孔留量）→150扩孔（扩2个φ15H7孔留量）→160铰孔（铰2个φ10H7孔）→170铰孔（铰2个φ15H7孔）→180攻螺纹（各螺纹孔攻螺纹）。

2）改进后：10铣面（铣大平面，铣φ136H7孔端面）→20铣面（铣φ100K7孔底面）→30镗孔（粗镗φ100K7孔留量）→40镗孔（粗镗2个φ90K7孔留量）→50镗孔（粗镗φ136H7孔留量）→60铣面（铣2个φ90K7孔端面，铣φ100K7孔端面）→70倒角（φ136H7、φ100K7和φ90K7孔口倒角）→80钻孔（钻各孔及螺纹底孔）→90扩各孔→100倒角（孔口倒角）→110攻螺纹（各螺纹孔攻螺纹）→120镗孔（精镗2个φ90K7孔）→130镗孔（精镗φ100K7孔，精镗φ25H9孔）→140镗孔（精镗φ136H7孔留量）→150扩孔（扩2个φ10H7孔留量）→160扩孔（扩2个φ15H7孔留量）→170铰孔（铰2个φ10H7孔）→180铰孔（铰2个φ15H7孔）。

（2）减少温度变化影响的处理方案 零件加工完成后，在三坐标测量房间恒温3h后检测[5]。

（3）减少检测条件不一致影响的处理方案 除统一恒温时间外，在三坐标检测时，采用编程自动检测方法，避免为节省时间而使用手工采点的检测方法。

5 工艺改进效果

工艺改进后，进行批量加工和检测，每天左侧和右侧工位各3组，试切了2天，共加工12件壳体零件，从统计结果看，零件尺寸精度及精度稳定性满足要求，尺寸的最大波动也在所要求的公差带内。

6 结束语

针对薄壁类变速器壳体零件的加工，总结出以下经验。

1）机床自身方面，严格按地基图要求施工，保证地基强度，确保机床精度的稳定性，同时机床的运动水平精度和几何精度调整得越高越好。

2）加工工艺方面，合理有效地控制毛坯铸造阶段的内应力，应做去应力退火处理，减少和消除铸件的内应力，稳定尺寸，减小变形；合理安排工艺路线，粗、精加工分开进行，工序中间增加时效处理，如振动时效，使加工内应力快速释放，减少应力变形。

3）环境因素及检测条件方面，因工件受环境温度变化影响较大，所以应尽量在恒温车间加工；加工前进行开机预热，首件调试需要参考三坐标检测结果时，尽量保证前后检测条件一致。

专家点评

本例中的薄壁类壳体零件，精加工阶段受到工艺条件、环境温度和设备精度等多方面因素影响，存在孔间距尺寸超差和加工精度稳定性差的问题。

文章结构完整，论点突出，视角独特，洞察力强。根据零件的结构特点和加工误差状况，全面分析加工过程中潜在的问题和应力变形隐患，并制定合理的解决方案。通过检查机床精度、改进加工工艺及优化检测方法等措施，提高了零件的加工精度。