夏春和,趙純穎
1. 沈陽(yáng)飛機(jī)工業(yè)(集團(tuán))有限公司 遼寧沈陽(yáng) 110850 2. 中航沈飛民用飛機(jī)有限責(zé)任公司 遼寧沈陽(yáng) 110850
飛機(jī)機(jī)體表面安裝了大量維護(hù)口蓋,用于對(duì)飛機(jī)內(nèi)部機(jī)載設(shè)備進(jìn)行檢查、維修??谏w鎖是維護(hù)口蓋開(kāi)啟、閉合的開(kāi)關(guān),其質(zhì)量直接關(guān)系到維護(hù)口蓋使用的便捷性和安全性。圖1所示的HB2-12口蓋鎖是一種用于飛機(jī)頻繁開(kāi)啟的非承力觸發(fā)式口蓋鎖,由殼體、鎖鍵、杠桿、壓板、彈簧、軸、襯筒和襯套8部分組成。其中除鎖鍵外的7個(gè)部件的加工方法比較成熟,質(zhì)量穩(wěn)定,而鎖鍵原材料為工字型材,來(lái)料的型腔尺寸公差大,尺寸一致性差,定位裝夾困難,如果依舊采用比較原始的制造方法,則產(chǎn)品的加工效率較低,質(zhì)量不穩(wěn)定。
圖1 HB2-12口蓋鎖
鎖鍵零件材料為L(zhǎng)Y12-CZ鋁合金型材。零件外形是帶U形槽的雙搖臂結(jié)構(gòu)形式,左右對(duì)稱(chēng)。零件結(jié)構(gòu)尺寸如圖2所示。鎖鍵搖臂與鎖鍵“舌頭”高度不同,采用倒角形式過(guò)渡。鎖鍵“舌頭”前端設(shè)計(jì)為弧面,方便口蓋鎖閉合鎖緊。
圖2 鎖鍵零件結(jié)構(gòu)尺寸
鎖鍵零件原加工工藝流程:材料檢驗(yàn)→單件下料→鉗工去毛刺→鉗工拋光底面→人工測(cè)量分組→銑削一側(cè)端面(搖臂)→鉗工去毛刺→銑削另一側(cè)端面(搖臂)→銑削上平面→鉗工去毛刺→銑削U形槽口→銑削前端面→鉗工去毛刺→銑削缺口→銑削倒角斜面→鉗工銼修R角、去毛刺→鉗工鉆孔、劃窩→表面處理→成品檢驗(yàn)→入庫(kù)。
加工中存在的問(wèn)題如下。
1)銑削鎖鍵搖臂兩側(cè)端面前,需要先根據(jù)型腔實(shí)際尺寸人工測(cè)量分組,再計(jì)算出端面去除量,費(fèi)時(shí)費(fèi)力,效率低。
2)鎖鍵搖臂兩側(cè)端面銑削工序,加工效率較低,對(duì)稱(chēng)度質(zhì)量稍差。
3)鎖鍵U形槽口對(duì)稱(chēng)度差,兩側(cè)余量不均勻,容易產(chǎn)生飛邊殘留。
4)鎖鍵外形加工流程繁冗,加工內(nèi)容簡(jiǎn)單,周轉(zhuǎn)次數(shù)高,操作人員勞動(dòng)強(qiáng)度大。
1)鎖鍵原材料XC351工字型材為熱擠壓成形加工,型腔寬度公差比較大,在0.20mm左右,導(dǎo)致鎖鍵搖臂兩側(cè)端面的去除量不同。加工前需要根據(jù)型腔實(shí)際寬度尺寸,人工計(jì)算出去除量,再將去除量相同的分在一起。而鎖鍵零件需求數(shù)量大,人工測(cè)量分組費(fèi)時(shí)、費(fèi)力,嚴(yán)重影響生產(chǎn)進(jìn)度。
2)鎖鍵搖臂寬度采用兩側(cè)端面互為定位基準(zhǔn)的方式加工,兩次裝夾銑削,加工方式比較繁瑣,加工效率較低。由于加工采用的定位基準(zhǔn)與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)不重合,因此加工后兩側(cè)搖臂厚度尺寸一致性差,存在明顯的尺寸差異,零件對(duì)稱(chēng)度質(zhì)量稍差。
3)鎖鍵U形槽口加工工序使用搖臂一側(cè)端面作為定位基準(zhǔn),由于定位基準(zhǔn)與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)不重合,因此U形槽口加工后會(huì)存在向一側(cè)偏移的現(xiàn)象。而上道工序的搖臂厚度一致性不好,存在尺寸差異,U形槽口銑削后搖臂厚的一側(cè)內(nèi)壁會(huì)殘留飛邊。
4)鎖鍵外形采用普通銑床加工,受設(shè)備能力、裝夾定位方式限制,一次裝夾僅能加工一個(gè)工步,無(wú)法實(shí)現(xiàn)集成加工更多內(nèi)容,周轉(zhuǎn)次數(shù)高;另外,由于加工內(nèi)容簡(jiǎn)單,每道工序加工時(shí)間短,需要反復(fù)快速裝夾,因此操作人員勞動(dòng)強(qiáng)度增大。
針對(duì)鎖鍵零件加工中存在的效率和質(zhì)量問(wèn)題,從加工流程、裝夾方式、加工設(shè)備及方法等幾個(gè)方面采取工藝改進(jìn)措施,實(shí)現(xiàn)高效高質(zhì)加工。
鎖鍵零件原加工工藝流程繁冗,加工內(nèi)容簡(jiǎn)單,加工效率較低,加工質(zhì)量不穩(wěn)定。針對(duì)這一問(wèn)題,對(duì)工藝流程進(jìn)行梳理和改進(jìn),合并相近工序,集中加工內(nèi)容。將人工測(cè)量分組、銑削一側(cè)端面(搖臂)、鉗工去毛刺和銑削另一側(cè)端面(搖臂)共4道工序合并成1道工序;將銑削上平面、銑削U形槽口、銑削前端面、銑削缺口和銑削倒角斜面共5道工序合并成1道工序。改進(jìn)后的工藝流程:材料檢驗(yàn)→單件下料→鉗工去毛刺→鉗工拋光底面→銑削兩側(cè)端面(搖臂)→鉗工去毛刺→銑削外形及U形槽口→鉗工銼修R角、去毛刺→鉗工鉆孔、劃窩→表面處理→成品檢驗(yàn)→入庫(kù)。
鎖鍵零件加工前人工測(cè)量分組、2道工序加工搖臂端面及多道工序加工鎖鍵外形的根本原因,是鎖鍵型材的型腔尺寸公差大、一致性差,不能使用同一個(gè)定位基準(zhǔn)進(jìn)行加工。為了解決這些問(wèn)題,設(shè)計(jì)了一種新式專(zhuān)用工裝——自定心銑削加工裝置,采用鎖鍵零件對(duì)稱(chēng)中心線作為定位基準(zhǔn)。自定心銑削加工裝置內(nèi)部為螺距相同、螺旋相反的左右螺桿,可以帶動(dòng)卡爪、夾頭同步向內(nèi)、向外移動(dòng)。與零件緊密貼合,即完成夾緊動(dòng)作,此時(shí)零件中心線與兩夾頭中心線重合。由于兩夾頭是同步移動(dòng)的,兩夾頭無(wú)論移動(dòng)多遠(yuǎn),其中心線位置固定不變,所以?shī)A緊后零件中心線位置為兩夾頭中心線固定位置,夾緊過(guò)程即為自動(dòng)找正中心的過(guò)程。銑削兩側(cè)端面(搖臂)工序時(shí),夾頭同時(shí)向外與型腔內(nèi)壁緊密貼合并夾緊,工裝如圖3所示;銑削外形及U形槽口工序時(shí),夾頭同時(shí)向內(nèi)與搖臂兩側(cè)端面緊密貼合并夾緊,工裝如圖4所示。由于鎖鍵搖臂兩側(cè)端面采用自定心工裝加工,因此壁厚尺寸均勻、一致性高,此時(shí)搖臂兩側(cè)端面的中心線與型腔中心線基本重合。
圖3 銑削兩側(cè)端面(搖臂)工序用工裝
圖4 銑削外形及U形槽口工序用工裝
鎖鍵采用普通銑床加工,受設(shè)備能力、裝夾定位方式限制,僅能逐個(gè)工步內(nèi)容加工,加工效率較低,質(zhì)量不穩(wěn)定。隨著新式裝夾定位夾具、數(shù)控設(shè)備以及復(fù)雜結(jié)構(gòu)刀具的廣泛應(yīng)用,鎖鍵集成加工成為可能。
(1)銑削兩側(cè)端面(搖臂)工序 鎖鍵零件搖臂寬度原采用普通立式銑床加工,對(duì)搖臂兩側(cè)端面分別進(jìn)行銑削,去除余量大小需要根據(jù)型材寬度尺寸、鎖鍵最終寬度尺寸進(jìn)行計(jì)算得出,工作繁瑣、效率低。工藝改進(jìn)后采用自定心銑削加工裝置,裝置夾頭與鎖鍵型腔內(nèi)壁接觸,夾緊固定零件。裝夾部位在鎖鍵內(nèi)部,鎖鍵搖臂兩個(gè)加工端面顯露在外側(cè),同時(shí)加工兩側(cè)端面成為可能。為了降低勞動(dòng)強(qiáng)度、提升加工效率,使用數(shù)控銑床替代原來(lái)的普通立式銑床來(lái)加工鎖鍵搖臂寬度,一次裝夾下使用φ10mm銑刀完成搖臂兩側(cè)端面加工。搖臂兩側(cè)端面單面去除余量不大,為0.2~0.4mm,切削力較小,自定心銑削加工裝置夾緊力完全可以支持一次切削走刀加工。選用國(guó)產(chǎn)VMC850P數(shù)控銑床(見(jiàn)圖5),加工參數(shù):主軸轉(zhuǎn)速4000r/min,進(jìn)給量0.2mm/r,背吃刀量11mm,側(cè)吃刀量0.3~0.5mm。
圖5 VMC850P數(shù)控銑床
(2)銑削外形及U形槽口工序 鎖鍵零件外形各尺寸和U形槽口尺寸使用多個(gè)設(shè)計(jì)基準(zhǔn),需要在普通立式銑床5次裝夾加工,周轉(zhuǎn)多次,費(fèi)時(shí)費(fèi)力。工藝改進(jìn)后采用自定心銑削加工裝置,裝置夾頭與搖臂兩側(cè)端面貼合,夾緊固定零件,可以同時(shí)加工零件外形和U形槽口。加工過(guò)程:首先使用φ10mm-R2mm銑刀加工鎖鍵高度、總長(zhǎng)、外形(僅倒角斜面保留0.5mm余量)及U形槽口(保留0.5mm余量),再更換R4mm內(nèi)R銑刀加工鎖鍵“舌頭”前端圓?。唤又褂?0°角度銑刀去除倒角斜面余量,使用φ6mm銑刀去除U形槽口余量;最后使用φ2mm銑刀對(duì)U形槽口轉(zhuǎn)接部位做清根處理。由于鎖鍵外形、U形槽口去除余量多,加工切削力較大,自定心銑削加工裝置夾緊力不能支持一次切削走刀加工,因此采用多次走刀形式:鎖鍵外形5次走刀、U形槽口3次走刀。為了不降低加工時(shí)間,選用國(guó)產(chǎn)S5F高速數(shù)控銑床(見(jiàn)圖6),加工參數(shù):數(shù)控銑床主軸轉(zhuǎn)速9000r/min,進(jìn)給量0.2mm/r,背吃刀量、側(cè)吃刀量按需調(diào)整。
圖6 S5F高速數(shù)控銑床
(3)銑刀的選用 鎖鍵材料為L(zhǎng)Y12-CZ鋁合金,是可熱處理強(qiáng)化的中等強(qiáng)度的鋁合金,抗拉強(qiáng)度約400MPa,與2024鋁合金、DTD5090鋁合金相近,經(jīng)固溶熱處理、自然時(shí)效或人工時(shí)效后,具有較高的強(qiáng)度[1],主要應(yīng)用于板材、棒材和型材等。該合金具有良好的塑性成形能力和機(jī)械加工性能,可以用于制造飛機(jī)結(jié)構(gòu)、鉚釘、載貨汽車(chē)輪轂和螺旋槳元件等結(jié)構(gòu)件,是目前制造行業(yè)使用較為廣泛的鋁合金之一。
與其他淬硬鋼相比,LY12鋁合金強(qiáng)度和硬度相對(duì)較低,塑性小,對(duì)刀具磨損小,熱導(dǎo)率較高,切削溫度較低,切削加工性較好,屬于易加工材料,適于高速切削加工[2]。普通高速鋼銑刀高速銑削LY12鋁合金時(shí),銑刀耐磨性稍差,批量零件加工時(shí)會(huì)影響產(chǎn)品加工表面質(zhì)量,一般不建議使用。目前加工LY12鋁合金常用硬質(zhì)合金銑刀和含鋁高速鋼銑刀,一般選用3刃、4刃平底結(jié)構(gòu)。銑刀盡可能選擇較大的前角,切削鋒利,可以有效避免積屑瘤產(chǎn)生[3];盡量選擇35°~55°的螺旋角,增大排屑槽,使切削更為順暢;含鋁高速鋼銑刀盡量選用排屑槽經(jīng)過(guò)精拋處理的,方便快速排屑。鎖鍵零件外形加工或粗加工時(shí),選擇3刃有涂層的YG硬質(zhì)合金立銑刀;精加工時(shí),選擇3刃無(wú)涂層的YG硬質(zhì)合金立銑刀(見(jiàn)圖7);鎖鍵“舌頭”圓角部位加工時(shí),選擇3刃無(wú)涂層的YG硬質(zhì)合金內(nèi)R銑刀(見(jiàn)圖8);銑削倒角斜面時(shí),選擇2刃無(wú)涂層的YG硬質(zhì)合金90°角度銑刀(見(jiàn)圖9)。
圖7 立銑刀
圖8 內(nèi)R銑刀
圖9 90°角度銑刀
加工流程經(jīng)過(guò)優(yōu)化改進(jìn),工序數(shù)量由原來(lái)的20道縮減為13道。銑削兩側(cè)端面(搖臂)工序(1000件)生產(chǎn)時(shí)間較改進(jìn)前減少28.5h,效率較改進(jìn)前提升58.8%;銑削外形及U形槽口工序(1000件)生產(chǎn)時(shí)間較改進(jìn)前增加2.3h,效率較改進(jìn)前降低3.7%,這是由于此道工序內(nèi)容比較復(fù)雜,編程準(zhǔn)備時(shí)間較長(zhǎng)。但是從第2批次開(kāi)始,可以直接調(diào)取程序,準(zhǔn)備時(shí)間可以降低到2h以內(nèi),小于改進(jìn)前準(zhǔn)備時(shí)間。另外,考慮中間檢驗(yàn)時(shí)間和工序間周轉(zhuǎn)時(shí)間,銑削外形及U形槽口工序改進(jìn)前后生產(chǎn)時(shí)間基本相同。工藝改進(jìn)前后加工效果對(duì)比見(jiàn)表1。
表1 工藝改進(jìn)前后加工效果對(duì)比
鎖鍵零件加工過(guò)程經(jīng)過(guò)優(yōu)化改進(jìn),零件對(duì)稱(chēng)度合格率由87%提升到100%,表面粗糙度值Ra也由6.3μm減小到3.2μm,達(dá)到精品程度。工藝改進(jìn)前后產(chǎn)品質(zhì)量對(duì)比見(jiàn)表2。工藝改進(jìn)前后兩側(cè)端面、外形表面質(zhì)量對(duì)比如圖10、圖11所示。
表2 工藝改進(jìn)前后產(chǎn)品質(zhì)量對(duì)比
圖10 工藝改進(jìn)前后兩側(cè)端面表面質(zhì)量對(duì)比
圖11 工藝改進(jìn)前后外形表面質(zhì)量對(duì)比
鎖鍵零件優(yōu)化流程前,每一道工序加工內(nèi)容簡(jiǎn)單,基本就是一個(gè)工步,工序加工時(shí)間短暫,不到1min,加工過(guò)程基本就是反復(fù)快速裝夾虎鉗,操作人員勞動(dòng)強(qiáng)度比較大。優(yōu)化流程后,工序加工時(shí)間延長(zhǎng),操作人員可以得到短暫的休息時(shí)間,緩解疲勞;并且自定心銑削加工裝置使用小規(guī)格外六角扳手鎖緊,鎖緊過(guò)程也比較容易,操作人員勞動(dòng)強(qiáng)度下降明顯。
針對(duì)鎖鍵零件的高效高質(zhì)加工進(jìn)行技術(shù)研究,通過(guò)優(yōu)化加工流程,調(diào)整裝夾方式,從數(shù)控設(shè)備、加工方法和切削刀具等多個(gè)方面采取改進(jìn)措施,取得了很好的效果,有效地解決了鎖鍵零件加工過(guò)程中生產(chǎn)效率低、質(zhì)量不穩(wěn)定問(wèn)題,縮短了鎖鍵零件的生產(chǎn)周期,具有良好的經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性。
專(zhuān)家點(diǎn)評(píng)
文章針對(duì)鎖鍵零件生產(chǎn)效率低、質(zhì)量不穩(wěn)定問(wèn)題進(jìn)行原因分析和技術(shù)革新,通過(guò)優(yōu)化加工流程,調(diào)整裝夾方式,從數(shù)控設(shè)備、加工方法和切削刀具等多個(gè)方面采取工藝改進(jìn)措施,在數(shù)控銑床上應(yīng)用自定心銑削加工裝置和硬質(zhì)合金銑刀,集中完成多道工序內(nèi)容,解決了因鋁合金型材尺寸一致性差而造成的加工問(wèn)題,并大幅提高了生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量,降低了操作人員勞動(dòng)強(qiáng)度,具有很好的可操作性和經(jīng)濟(jì)實(shí)用性,可在類(lèi)似型材零件的批量生產(chǎn)中推廣應(yīng)用。
文章主題明確,論點(diǎn)突出,論證合理,在問(wèn)題分析和加工措施方面闡述得比較詳細(xì),有一定的創(chuàng)新和見(jiàn)解。