某型号调压活门加工工艺分析和攻关

某型号调压活门加工工艺分析和攻关

王永生

新乡航空工业（集团）有限公司 103厂

摘 要：

本文就针对导致零件报废的现象，分析零件报废的原因，寻求相应的改进措施。对类似零件以后加工提供借鉴和参考。

关键词：变形加工方法 优化

1、概述

XXX-XX调压活门为典型滑阀结构，通过滑阀在调压活门壳体内滑动控制阀门开闭。该活门结构要求滑阀与壳体配合紧密且滑动灵活以保证活门密封性及调压灵敏度。因此，该活门对滑动副间的配合尺寸及形位公差要求极高。

该产品中调压活门壳体为关键重要件，其内孔精度对产品最终性能影响较大。因此，设计对以上三孔设计要求极高以满足性能要求，具体图纸见图1：

图1 XXX-XX调压活门壳体工程图

设计要求如下：

1）要求φ22孔、φ11孔、φ10孔之间同轴度φ0.01；

2）要求φ22孔、φ11孔孔壁渗氮，粗糙度Ra0.2，圆柱度0.005；

3）φ22孔、φ11孔孔壁存在径向孔，直径分别为φ4、φ6；

4）φ11孔、φ10孔之间台阶处密封，要求保持尖边。

该零件为薄壁件极易产生加工变形且径向孔及盲孔等特征对零件精加工影响较大，总体结构加工工艺性差，导致该类零件的加工合格率一直处于较低水平（20％）。其中，导致零件报废的原因主要集中在以下几个方面：

1）内孔磨磨杆跳动量过大；

2）零件为薄壁件，装夹变形严重，降低零件定位精度；

3）孔壁存在径向孔，磨削过程中造成砂轮非均匀磨损及砂轮震动，影响内孔磨削形位公差；

4）台阶孔间无砂轮越程槽，且密封面处要求靠磨端面，对砂轮磨削过程扰动较大，影响精加工精度。

2、问题定位及原因分析

2.1内孔磨磨杆跳动量大

磨杆跳动量过大极不利于保证零件内孔粗糙度、圆柱度等特征。经检测，内孔磨床主轴跳动大于0.1mm，且由于磨杆存在不平衡量及φ11孔位置较深，要求磨杆悬伸较长（大于110mm），在内孔磨床工作过程中磨杆跳动量大于0.15mm。

2.2 零件为薄壁件，装夹变形严重，降低零件定位精度

零件在内孔磨削过程中采用外圆定位+径向螺钉顶紧的装夹方式。由于零件为薄壁结构，在使用螺钉径向顶紧时使零件径向产生变形，加工完成后变形恢复，导致内孔圆柱度、直线度超差而报废。

2.3 孔壁存在径向孔，影响内孔磨削形位公差

在内孔磨削过程中因孔壁存在径向孔造成砂轮非均匀磨损及砂轮震动，在径向孔周围存在较大范围的影响区，且影响区随径向孔大小及磨削深度变化而变化。经检测，在径向孔附近内孔圆度误差放大曲线如图5所示。

2.4 台阶孔间无砂轮越程槽，影响精加工精度

台阶孔间无砂轮越程槽，在靠磨密封面处端面时，由于砂轮受力不均而产生扰动，可能对孔壁产生过切现象，影响内孔精加工精度。

通过对存在的问题及问题发生的可能原因进行分析，对XXX-XX调压活门壳体加工过程优化提供了思路。

3、机理分析

3.1 磨杆跳动量过大对内孔粗糙度、圆柱度影响机理分析

在磨削过程中，磨杆跳动最终带动砂轮跳动，导致砂轮做非圆运动。该现象一方面直接影响砂轮磨削深度均匀性，造成磨削震动；另一方面，砂轮做非圆运动过程中对零件产生径向冲击，既增加零件表面粗糙度及圆柱度值又加快砂轮磨粒脱落，而进一步产生恶性循环。

3.2零件装夹变形机理分析

零件装夹采用径向螺钉顶紧方式时，螺钉与零件外圆为点接触，为防止零件沿周向转动，需要施加较大的预紧力。由于零件为薄壁结构，在预紧力作用下产生局部变形，造成内孔壁局部突出。在内孔磨削后，突出区域产生过切。将零件卸下后，变形区域回弹，造成变形区域凹陷进而影响零件内孔圆柱度、直线度等特征。

3.3 径向孔及砂轮越程槽对内孔磨削影响机理分析

在磨削径向孔影响区域时，一方面砂轮磨削量发生周期性变化导致磨削力跟随发生变化，造成砂轮磨削过程不平稳而产生振动。另一方面，在径向孔处砂轮会产生冲击造成砂轮局部损伤。以上原因导致磨削表面粗糙度值及圆柱度值增大。同样，内孔磨削缺少越程槽也会引起砂轮磨削过程不平稳而引起上述结果。

3.4.分析结果

通过分析可知，砂轮磨削过程平稳性与零件加工变形对零件合格率具有较大影响。

4、改进措施

4.1 加工设备——引进高精度数控磨床

对车间现有内孔磨设备进行检测、分析，主轴空载震动明显、磨杆端部跳动严重，对高精度内孔磨削质量影响较大，不能满足XXX-XX两种关键零件加工。引进高精度数控复合磨床，经调试、验证后机床精度达到零件加工要求；验证复合磨床磨削加工精度满足内孔圆度及直线度0.005的要求，为改进加工方法奠定基础。

4.2 加工方法——内磨前降低径向孔影响

分析零件结构特点优化加工方法：调压活门壳体φ11内孔侧壁径向孔扰动问题通过内磨前减小径向孔尺寸+内磨后扩孔及径向孔处切浅槽（进行寿命试验）等方法解决。经验证，该方法可有效提高零件加工精度。

4.3 工装、刀具——优化、优选结构及参数

4.3.1调压活门壳体孔壁较薄装夹易变形，先后试验套筒单螺钉硬接触径向定位压紧→套筒三螺钉径向硬接触定位压紧→软爪→套筒三螺钉径向软接触定位压紧→弹簧夹头→套筒径向定位-端面压紧等夹具对零件形位公差影响，综合比较确定套筒径向定位-端面压紧夹具方案。

4.3.2调压活门壳体φ11孔位置较深，磨杆长度过长，对磨杆安装精度、强度等提出更高要求，另外，磨削大小孔时还需协调两磨杆让刀特性。针对这一特点先后制作、试验了多种结构专用内磨磨杆，经过验证磨杆材料选用GCr15,经过淬火处理，保证磨杆的强度和刚度并对砂轮杆做动平衡，使不平衡量≤2g.mm,有效减少砂轮的振动幅度。

4.3.3调压活门壳体内孔要求清根，试验验证铬刚玉、白刚玉、金刚石等多种材料砂轮，经过试验验证，70粒度铬刚玉加工质量最好，为最佳砂轮磨料，加工后计量粗糙度为Ra0.13。

4.3.4加工参数——优化走刀路径及参数

调压活门壳体要求孔底清根且加工精度要求高，且进刀量越大进给量与实际磨削量失真越严重。为克服这一难点分别试验砂轮不同进给方式：横向进给、纵向进给、混合进给。综合各种进给方式磨削特点，兼顾磨削效率、孔底清根、提高内孔圆柱度及其它加工精度等方面，优选磨削参数及走刀方式。经过试验加工：采用优化过的加工参数，加工Φ22H7和Φ11H7孔，无论是粗糙度，还是形位公差，均能满足图纸要求。

5、试验验证情况

通过对两批次调压活门壳体进行加工跟踪验证结果如下：

5.1 第1批次投入70件，交付61件，批生产合格率87％。其中，外协车工（8工序）报废4件，外协铣工（20工序）报废3件，钳工（30工序）报废2件，共计9件，内磨、研磨工序（关键工序）合格率100％；

5.2 第2批次投入40件，交付34件，合格率85％。其中，抛光外圆工序报废2件，内磨因内孔车削刀痕深度超出磨削余量导致内孔无法完全磨出而报废3件，内磨、研磨工序（关键工序）合格率97％；

6、结论

在XXX-XX壳体加工攻关过程中，通过不断探索、总结高精度深孔磨削加工技术，并按照优化加工结果，协调前后工序并尽量提高加工基准的精度。制作、优选更为适合的砂轮、磨杆及夹具。有针对性的制定应对措施并提醒加工人员注意。如车内孔时走刀速度不宜过快防止孔壁刀纹过深等。同时，对参与该类零件加工的操作工人进行培训，重点强调每工序容易出现的问题并讲解解决方法和注意事项以提升其加工技术水平和质量意识。

参考文献

1. 《机械加工工艺手册》2003 机械工业出版社。

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