加長薄壁鋁合金兩瓣瓦的高效加工方法

孟祥志，王德寬，陳文輝，李昕，閆作銘，付廣東

北方華安工業(yè)集團有限公司 黑龍江齊齊哈爾 161006

1 序言

圖1所示兩瓣瓦材料為2A12-T4鋁合金，結(jié)構(gòu)為對稱結(jié)構(gòu)，尺寸精度及幾何公差要求都非常嚴格，全長800-0-1mm，外徑129-0-0.2mm，內(nèi)徑123+0.20+0mm，最薄處單邊厚2 mm，要求內(nèi)徑與外徑同軸度為f0.15mm。未切開前是典型的加長薄壁鋁合金筒狀工件，切開后形成兩瓣瓦成品，工作時成對使用，要求一對工件對扣在一起能滿足圖樣要求，且工件之間的縫隙寬度＜0.5mm，給加工提出了很大的難題。

圖1 兩瓣瓦

2 原加工工藝存在的問題

現(xiàn)有工藝路線是先將工件內(nèi)外徑車削至成品尺寸后再切開，車削過程中為了消除工件的內(nèi)應力，將切削余量分兩次去除，且增加了兩次人工時效。兩瓣瓦原加工工藝流程：下料→粗車外徑→平左端面、粗車左內(nèi)徑→平右端面、粗車右內(nèi)徑→固溶時效→粗車外徑→平右端面、半粗車右內(nèi)徑→平左端面、定全長、半精車左內(nèi)徑→人工時效→半精車外徑→精車內(nèi)膛→精車外形→人工時效→銑削剖開（線切割/水切割）→鉗工校正→檢驗。

此加工方法在切開之前，基本保證了工件尺寸，由于工件壁厚太薄，在剖開成形后，兩瓣瓦因狀態(tài)改變，內(nèi)應力釋放，所以產(chǎn)生了嚴重的脹口變形，銑削切開變形量為2～3mm，且工件對扣后無法滿足圖樣要求。分析認為是切開時裝夾和機械加工應力聯(lián)合作用導致工件變形。采用裝夾力和切削力比較小的水切割和線切割進行試驗，水切割切開變形量為1.2～1.7mm，線切割切開變形量為0.7～1.1mm，均未達到圖樣要求。

3 改進后的加工工藝

為了解決工件變形大、縫隙大的問題，改變固有的思維模式，改進工藝方法，創(chuàng)造性地采用先切開、后車削的方案，其好處在于工件在成形之前切開，應力已經(jīng)釋放，尺寸公差和幾何公差均不受形態(tài)變化的影響，從而使工件在對扣狀態(tài)下既能保證滿足圖樣要求，兩瓣瓦的縫隙寬度又能控制在0～0.2mm，滿足使用要求。

改進后的兩瓣瓦加工工藝流程：下料→粗車全長→對稱剖開→車定位錐面→精車外形→精車內(nèi)徑→去毛刺→檢驗。詳細的工藝方案內(nèi)容如下。

（1）下料 工件毛坯原材料為GB/T 4437.1—2015鋁及鋁合金熱擠壓管中的f130mm×12.5mm的2A12-T4管，采用帶鋸機下料，單件長度815mm。

（2）粗車全長 將已下好料的管兩端見光，控制全長尺寸＞810mm。

（3）對稱剖開 采用臥式銑床加工，將工件用壓板固定在V形鐵上，打表找正工件，用2mm厚片銑刀將工件對稱剖開，并用銼刀對銑削平面進行修整，保證銑削平面平整光滑無毛刺。圖2為銑削剖開的兩瓣瓦。

圖2 銑削剖開的兩瓣瓦

（4）車削定位錐面 設計定位錐面作為工藝臺階。采用車削定位錐面專用夾套裝夾兩瓣瓦，該夾套采用35CrMnSiA材料，淬火硬度40～45HRC，保證了夾套的強度。夾套上每90°均布4個M14螺紋孔，螺釘端面需平整光滑，保證定位夾緊準確[1]。使用時將兩個夾套分別固定在對稱剖開鋁筒毛坯的上下兩端，其中兩個對稱螺釘對正兩瓣瓦縫隙處，先輕輕預緊這兩個螺釘，使對稱剖開處平整，防止兩瓣瓦錯位。然后壓緊兩瓣瓦圓弧頂點處的兩個螺釘，使兩瓣瓦對稱壓合，保證工件銑削平面均勻接觸無縫隙，將固定好的兩瓣瓦采用雙頂?shù)姆绞窖b夾在車床上，車削外圓基準面（見圖3）。以外圓基準面為定位基準，車削兩端面及內(nèi)徑定位止口（見圖4），控制全長810mm。采用兩頂方式裝夾工件，車削兩端錐角為20°的5m深的定位錐面（見圖5）。在車削過程中需采用與之配合的定位套檢驗錐度，并控制定位套與端面間隙在0.15mm之內(nèi)，保證在壓緊的情況下定位牢固準確，控制工件全長800mm。車削定位錐面及全長尺寸（見圖6）。

圖3 車削外圓基準面

圖4 車削內(nèi)徑定位止口

圖5 車削定位錐面

圖6 全長尺寸

（5）精車外形 采用車削外徑專用夾具裝夾兩瓣瓦（見圖7），在夾套不拆卸的情況下，將左、右定位套裝入工件內(nèi)徑兩端，與定位止口相配合，保證配合間隙在0.05～0.1mm。將左定位壓蓋與工件先后套在中心軸上，左定位壓蓋與定位錐面相配合；將右定位壓蓋安裝在工件右端，與定位錐面相配合，預緊壓緊螺母，卸掉夾套。用頂尖頂緊心軸，旋緊壓緊螺母，保證工件裝夾穩(wěn)固。車削工件外徑（見圖8），加工至成品尺寸。外徑加工好的半成品如圖9所示。

圖7 采用車削外徑專用夾具裝夾兩瓣瓦

圖8 車削工件外徑

圖9 外徑加工好的半成品

（6）精車內(nèi)徑 采用圖10所示車削內(nèi)孔專用夾具裝夾兩瓣瓦，該專用夾具由夾具本體及壓蓋組成，采用兩端螺紋旋緊的方式裝夾工件[2]，夾具本體內(nèi)外徑通過磨削加工，內(nèi)外徑同軸度＜0.015mm。將工件裝入專用夾具內(nèi)，工件外徑與夾具內(nèi)徑采用間隙配合，間隙為0.05～0.1mm，采用壓蓋壓實工件端面，車削過程分多刀去除內(nèi)孔加工余量，在最后一刀精加工時，適當調(diào)小壓蓋壓緊力，減小夾緊力過大帶來的變形[3]，車削內(nèi)孔至成品尺寸（見圖11），并去除定位錐面。

圖10 車削內(nèi)孔專用夾具

圖11 車削內(nèi)孔至成品尺寸

（7）去毛刺 卸下工件，對工件進行同組標記，以方便成對使用，對稱剖開處進行銳角倒鈍、去毛刺。

（8）檢驗 成品檢驗。加工完的兩瓣瓦成品如圖12所示。

圖12 兩瓣瓦成品

4 結(jié)束語

針對加長薄壁鋁合金兩瓣瓦進行的工藝創(chuàng)新，不僅節(jié)省了3道時效工序，節(jié)約了加工成本，而且創(chuàng)造性地改變固有加工模式，采用先剖開后車削的加工方式，提高工件加工質(zhì)量，使工件的變形量控制在0.05～0.15mm，縫隙寬度控制在0～0.2mm，可為類似結(jié)構(gòu)的對稱剖開零件的加工提供參考和借鑒。