牛帥帥，閆佳佳，崔志紅，董小強(qiáng)，殷 森，馬 爽

(1.山西航天清華裝備有限責(zé)任公司，山西 長(zhǎng)治 046000；2.火箭軍裝備部駐長(zhǎng)治地區(qū)軍事代表室，山西 長(zhǎng)治 046000)

某產(chǎn)品缸體為鋁合金5A06鍛件，與初容室焊接前需現(xiàn)場(chǎng)配制加工坡口，存在如下難點(diǎn)：該坡口為空間結(jié)構(gòu)，無(wú)法利用數(shù)學(xué)公式直接推導(dǎo)來(lái)實(shí)現(xiàn)模型的建立，只能靠人工劃線的方法預(yù)先畫(huà)坡口加工線，再利用風(fēng)動(dòng)銑刀手工加工，目前加工一件缸體坡口從劃線到加工完成約1.6 h，每臺(tái)筒體上有4個(gè)缸體，僅加工一臺(tái)筒體上的缸體坡口就需要至少6.4 h，加工效率較低，無(wú)法適應(yīng)企業(yè)現(xiàn)在高任務(wù)量下快速完成生產(chǎn)的需要，因此對(duì)缸體坡口加工工藝進(jìn)行研究，進(jìn)而提升坡口加工效率成為急需解決的問(wèn)題。

1 現(xiàn)狀調(diào)查及原因分析

缸體與筒體裝配要求、三維裝配圖及缸體坡口形式如圖1～圖3所示。其中，缸體與筒體內(nèi)壁貼合處為圓弧面，缸體和筒體上均需開(kāi)坡口，且要保證坡口加工完成后貼合處整圈為50°坡口，這就意味著缸體和筒體上坡口均為從無(wú)到有逐漸過(guò)渡，在缸體內(nèi)弧面為圓弧及坡口形式不規(guī)則的情形下，坡口的加工難度成倍增加。

圖1 缸體裝配圖樣要求

圖2 缸體與筒體裝配圖

圖3 缸體及坡口示意圖

以往該坡口在加工時(shí)，缸體及筒體上的坡口均只能手工加工，采用人工劃坡口加工線，然后現(xiàn)場(chǎng)手工修制、打磨，打磨完成后再進(jìn)行試裝，試裝時(shí)坡口不合適，需進(jìn)一步進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)打磨，隨時(shí)修整，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，加工效率非常低，且按此方法加工的坡口表面粗糙，對(duì)接不平整，影響后續(xù)的焊接質(zhì)量。

為提高缸體坡口的加工效率，針對(duì)缸體坡口加工效率低的問(wèn)題進(jìn)行原因分析，主要有如下幾方面：1)零件及坡口形狀特殊，坡口加工困難；2)坡口形狀復(fù)雜，為空間結(jié)構(gòu)，難以利用數(shù)學(xué)推導(dǎo)的方式直接建立模型；3)人工修制和打磨需現(xiàn)場(chǎng)操作，工作量大，且需要在裝配現(xiàn)場(chǎng)對(duì)坡口隨時(shí)進(jìn)行修整。

對(duì)缸體坡口加工過(guò)程中各因素進(jìn)行綜合評(píng)分，得出各因素在整個(gè)工序加工過(guò)程中所占比重(見(jiàn)表1)。

表1 原因要素比重表

2 工藝流程分析

2.1 坡口加工流程

目前坡口加工流程為：劃線→風(fēng)動(dòng)銑刀(見(jiàn)圖4)修制坡口大致形狀→根據(jù)缸口形狀進(jìn)行比對(duì)→再次修制→坡口成形。坡口修制效果如圖5所示。

圖4 手動(dòng)風(fēng)動(dòng)銑刀

圖5 坡口手工修制效果

從圖4中可以看出，手動(dòng)風(fēng)動(dòng)銑刀的刀片非常小，因此，每次加工量非常小，加工時(shí)間長(zhǎng)。

加工效果不理想，從圖5可以看出，修制的坡口凹凸不平，影響焊接質(zhì)量。

修制坡口時(shí)需操作工緊握風(fēng)動(dòng)銑刀操作，操作難度大，費(fèi)事費(fèi)力，操作一段時(shí)間就需要更換操作工，效率非常低。

2.2 零件加工工藝流程

現(xiàn)零件加工工藝流程如圖6所示。

圖6 現(xiàn)工藝中缸體加工及裝配要求

圖6所示為缸體焊接至筒體時(shí)的工藝流程及要求，要求鉗工在筒體上斜孔部位與缸體接合部位進(jìn)行焊接坡口配制，且焊接完成后該處留有加工余量，加工后對(duì)焊接部位要進(jìn)行探傷，如果焊接質(zhì)量不好，加工完成后會(huì)暴露出焊接缺陷，需要對(duì)焊接缺陷進(jìn)行補(bǔ)焊及打磨，延長(zhǎng)了產(chǎn)品的加工周期。

2.3 缸體坡口加工時(shí)間

以往缸體坡口加工時(shí)間統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表2。

表2 以往加工時(shí)間統(tǒng)計(jì)

由上述數(shù)據(jù)可知，零件加工時(shí)間為1.6 h，其中粗加工和打磨坡口時(shí)間最長(zhǎng)，合計(jì)為1.5 h，因此，需要對(duì)缸體坡口加工方案進(jìn)行改進(jìn)，提高缸體坡口的加工效率。

3 方案制定

通過(guò)對(duì)影響加工的各因素進(jìn)行分析，制定了具體的方案，方案內(nèi)容具體如圖7所示。

圖7 方案內(nèi)容

4 方案實(shí)施

4.1 缸體坡口三維模型建立

由于無(wú)法利用數(shù)學(xué)公式建立缸體坡口的數(shù)學(xué)模型，因此，應(yīng)用UG軟件，通過(guò)樣條曲線及投影的方式，結(jié)合手工修制完成的坡口樣件，建立缸體坡口三維模型，模型建立過(guò)程如圖8所示[1-5]。

圖8 三維模型建立過(guò)程

模型建立過(guò)程中主要難點(diǎn)在于坡口的從無(wú)到有以及坡口的角度要一致。最終通過(guò)樣條曲線、擬合及投影多種方式結(jié)合的形式建立了缸體坡口的初步模型(見(jiàn)圖9)。

圖9 最初三維模型建立

4.2 缸體坡口數(shù)控加工

針對(duì)初步建立的三維模型，利用UG軟件中的CAM模塊進(jìn)行加工程序編制，編制完成后針對(duì)分廠數(shù)控機(jī)床情況進(jìn)行程序修訂，最終修訂完成的程序如圖10所示，共計(jì)44 600條程序[6-11]。

4.3 缸體坡口實(shí)物加工

利用編制完成的數(shù)控程序進(jìn)行初加工，加工時(shí)以缸體底面為基準(zhǔn)找正后進(jìn)行加工。為方便找正，在Ⅰ、Ⅳ正象限位置劃基準(zhǔn)線(見(jiàn)圖11)，通過(guò)基準(zhǔn)線與機(jī)床平臺(tái)劃線重合進(jìn)行找正，以提高找正效率。初加工完成的效果如圖12所示。

圖10 缸體坡口加工程序

圖11 加工基準(zhǔn)面和基準(zhǔn)線

圖12 初加工效果

在初加工完成后，發(fā)現(xiàn)兩側(cè)間距偏大，然后根據(jù)實(shí)際加工效果對(duì)模型中兩側(cè)間距進(jìn)行調(diào)整，從而確定了最終模型和最終加工方案。最終加工效果如圖13所示。

圖13 缸體坡口最終加工效果

將利用數(shù)控程序加工完成的缸體坡口與筒體坡口對(duì)接，對(duì)接效果如圖14所示。從圖14中可以看出，利用數(shù)控程序加工完成的缸體坡口成形效果良好，且與筒體上的孔貼合非常好。

圖14 缸體與筒體孔對(duì)接效果

對(duì)數(shù)控加工的缸體坡口進(jìn)行了焊接試驗(yàn)，焊接效果如圖15所示。焊接效果表明，利用數(shù)控程序加工出的缸體焊接性非常好，表面成形美觀，著色探傷缺陷降低了70%以上，焊接質(zhì)量得到了很大提高。

圖15 缸體內(nèi)側(cè)焊縫焊接效果

同時(shí)，對(duì)實(shí)際缸體從前期劃線、加工到最終成形進(jìn)行了加工時(shí)間統(tǒng)計(jì)(見(jiàn)表3)。從表3中可以看出，更改工藝方法后，缸體坡口的整個(gè)流程加工時(shí)間為0.6 h，較以前的1.6 h有了大幅度提升。

表3 更改工藝方法后加工時(shí)間統(tǒng)計(jì)

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)實(shí)際加工可以看出，利用數(shù)控程序加工的缸體坡口成形效果美觀，而且與筒體上孔的對(duì)接效果較以前有了很大提升，對(duì)焊縫的焊接性也有很大提高。

綜合上述加工試驗(yàn)內(nèi)容及對(duì)比結(jié)果，達(dá)到了預(yù)期研究目標(biāo)：1)通過(guò)缸體及坡口的模型建立，將手工修制坡口更改為數(shù)控機(jī)床加工，提高了坡口加工的一致性、加工效率及加工質(zhì)量，同時(shí)提高了焊接質(zhì)量；2)將現(xiàn)場(chǎng)修制坡口更改為機(jī)加保證，工藝流程得到了優(yōu)化，解決了瓶頸問(wèn)題，保證了產(chǎn)品順利交付。