阀体加工工艺的改进
2020-12-12 11:05:43
jjj689
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以某阀体的加工工艺为例，介绍了加工中心上的工序内容及夹具方案，通过调整工艺路线，在精加工过程中重新校正定位基准，解决了因V形块定位误差引起的法兰孔位置度超差问题。
阀体是阀门机械产品的主要零部件，一般起到承受介质压力的作用。阀体零件结构相对复杂，其毛坯一般通过铸造形成，材料一般为铸铁和铸钢，少数为不锈钢材质。本文所介绍的某公司阀体材质是铸铁，通过介绍阀体在立式加工中心上的加工工序及夹具，引出在实际加工中出现的阀体上的孔相对于中心基准位置度超差的问题，为了弥补V形块会产生定位误差的缺陷，通过调整工艺路线来巧妙地解决这个问题。图1所示为某公司阀体零件，材料为HT250。技术要求为：①铸件应符合GB/T 12229―2005的规定。②铸件须经退火处理。③未注铸造圆角R3～R5mm。④未注公差的加工尺寸按GB 1804―79规定的H14（h14）js15。⑤阀座堆E410，回火后硬度33～38HRC，加工后厚度≥2mm。⑥铸字按50J41H-160-01a/A。图1中φ88H7、φ110H7孔、φ205h8和φ215h8外圆的精度比较高，是该零件的重要尺寸。该公司采用一台卧式车床、一台立式车床和一台立式加工中心（配第四轴转台及圆盘尾座）进行加工。零件机加工工艺路线为：用卧式车床分别粗、精车φ215mm外圆及端面→粗、精镗φ88H7内孔→调头粗、精车φ215mm外圆及端面→粗、精镗φ88H7内孔。换立式车床粗、精车φ205h8外圆及端面→粗、精镗φ110H7孔→粗、精车φ53mm孔上端面→镗φ53mm孔和φ50mm孔。换立式加工中心，转台旋转至90°钻φ215mm外圆端面上的φ25mm孔留余量→镗φ25mm孔→转台旋转至0°钻φ205mm外圆端面上的φ22mm孔留余量→镗φ22mm孔→转台旋转至-90°钻φ215mm外圆端面上的φ25mm孔留余量→镗φ25mm孔。立式加工中心机床上主要加工3个外圆端面上的孔。为了提高加工效率，机床配置第四轴转台及圆盘尾座，这样就可以实现一次装夹完成孔的加工。定位基准选择φ215mm的外圆中心，用V形块定位外圆面限制工件4个自由度；另外一个定位基准选择φ205mm外圆中心，也是用V形块定位外圆面限制工件2个自由度。这样工件的6个自由度就全都被限制了。夹具如图2所示，夹具的压紧点选在外圆面上。1-夹具底座 2-调节支撑钉（2个） 3-短内六角螺钉（6个） 4-非标支架 5-平压板B加长款（2个） 6-带肩六角螺母及双头螺栓（2对） 7-固定V形块 8-短定位销（4个） 9-非标支座 10-长定位销（4个） 11-V形块（2个） 12-长内六角圆柱头螺钉（4个） 13-内六角压紧螺钉用图2所示夹具在配有第四轴转台及尾座的立式加工中心上加工，加工完成后检测，出现孔的位置度超差的问题。此前加工中心通过了JB/T 8771.7―1998标准试料验收要求，根据标准试料的精度来看，零件图上孔的位置度是可以达到要求的。问题可能出在夹具上。夹具的定位误差分为基准移动误差和基准不重合误差。分析阀体原始加工工艺路线可知，车削φ215mm外圆及φ88mm内孔的基准是采用互为基准原则加工，都是以外圆中心为基准，车削φ205h8采用特殊夹具，也是以外圆中心为基准进行车削。在立式加工中心机床上也是围绕着外圆中心为基准进行加工，根据图样分析来看，设计基准与定位基准始终是重合的，所以不存在基准不重合误差。立式加工中心机床上的夹具定位元件为V形块，V形块定位通常会有基准移动误差，计算公式为ΔY＝δd/[2sin（α/2）]，其中ΔY为基准移动误差（见图3），δd为工件外圆直径公差，α为V形块两个限位面的夹角。本文所选V形块夹角为90°，外圆直径公差为0.072mm，可得出基准移动误差为0.051mm，而图样上要求的位置度公差值为0.05mm，显而易见定位误差已经超过位置度公差，这是不能满足加工要求的，可以判断位置度超差与V形块定位误差有关。位置度和垂直度超差的原因已经找到，此时有3种解决方案。1）方案1：更改夹具定位元件。3个外圆面采用平面定位方式，这样可以减少基准移动误差，但是治标不治本，不能很好地解决位置度超差问题。2）方案2：增加工序，将φ205h8、φ215h8外圆直径精车至φ205h6、φ215h6精度，可将基准移动误差降至0.02mm，这样可以对位置度误差影响大大减小，和方案1比起来要好一些。缺点是对车床加工精度要求高一些，降低了加工效率，增加了制造成本，而且从量产的角度看，很难保证这个精度，方案很“鸡肋”。3）方案3：更改阀体整体工艺路线。图样上的设计基准都是内孔中心，在立加工序钻孔前增加精镗内孔工序，用来重新校正因V形块定位造成的基准移动误差，同时取消所有车床上精镗内孔的工序，这样原来的工艺路线就变为：用卧式车床先分别粗、精车φ215mm外圆及端面→粗、精镗φ88H7内孔→调头粗、精车φ215mm外圆及端面→粗镗φ88H7内孔。换立式车床粗、精车φ205h8外圆及端面→粗镗φ110H7孔→粗车φ53mm孔上端面→镗φ53mm孔和φ50mm孔。换立式加工中心，转台旋转至90°精镗φ88H7内孔→钻φ215mm外圆端面上的φ25mm孔留余量→镗φ25mm孔→转台旋转至0°精镗φ110H7孔→精铣φ53mm孔上端面→钻φ205mm外圆端面上的φ22mm孔留余量→镗φ22mm孔→转台旋转至-90°精镗φ88H7内孔→钻φ215mm外圆端面上的φ25mm孔留余量→镗φ25mm孔。这样就可以将基准移动误差的影响降低至零。位置度和垂直度全都靠机床的精度保证。减少两把精车内孔的车刀，增加了两把镗刀和一把立铣刀，所增加的刀具成本还算能够接受，生产效率几乎没什么变化，不影响产能，是一个可行的方案。综上所述，可知用V形块定位是有误差的，因此在精加工过程中重新校正了定位基准，调整了相关工序，解决了因V形块定位误差造成孔位置度超差的问题。此前我们始终被车床外圆和内孔是一个基准这一误区所困扰，忽视了卡盘定位与V形块定位的不同，导致阀体工艺路线安排出现了不足。文中采取的解决方案为今后精加工用V形块定位工况提供了可借鉴的经验。本文发表于《金属加工（冷加工）》2020年第11期第44~46页，作者：田立明、陈永锋，原标题：《阀体加工工艺的改进》。
