本文以某公司為例,對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)正時(shí)鏈條蓋的快速樣件加工工藝、夾具設(shè)計(jì)方案與夾具功能特點(diǎn), 進(jìn)行了詳細(xì)的分析,并提出了CNC 加工工序中遇到的制約生產(chǎn)的技術(shù)問(wèn)題產(chǎn)生的原因,給出了具體可行解決方案。
圖1、2 為某汽車公司的一款乘用車發(fā)動(dòng)機(jī)使用的發(fā)動(dòng)機(jī)正時(shí)鏈條蓋,此鏈條蓋用于2.0 和2.0T 兩款高性能發(fā)動(dòng)機(jī)上。在開(kāi)發(fā)初期發(fā)現(xiàn)并改進(jìn)新產(chǎn)品設(shè)計(jì)缺陷,避免新產(chǎn)品投產(chǎn)后造成的設(shè)變成本損失,快速樣件正好是用于發(fā)動(dòng)機(jī)在前期開(kāi)發(fā)前期性能測(cè)試、缺陷的發(fā)現(xiàn)以及驗(yàn)證產(chǎn)品的驗(yàn)證特殊特性。由于模具和夾具的開(kāi)發(fā)周期較長(zhǎng),為了縮短汽車在研發(fā)過(guò)程中的周期,往往用鋁塊進(jìn)行快速加工,使得前期的開(kāi)發(fā)時(shí)間以及開(kāi)發(fā)成本大大降低。這也是為什么很多產(chǎn)品樣件都是使用快速加工的原因之一。
情況分析
在做此類產(chǎn)品的時(shí)候往往要考慮的有兩個(gè)方面,一是產(chǎn)品的精度,另外一個(gè)就是產(chǎn)品在教工過(guò)程中如何防止產(chǎn)品的變形。最初使用的材料是T6 的只是做過(guò)人工時(shí)效,但是當(dāng)粗加工完成后發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品變形量達(dá)到了0.8MM 以上。后來(lái)更改加工工藝:將產(chǎn)品兩序粗加工完成后進(jìn)行精加工,最后發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品的變形量達(dá)到了2.0MM,產(chǎn)品變形量已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了合理的范圍,無(wú)法繼續(xù)進(jìn)行加工。經(jīng)過(guò)當(dāng)場(chǎng)分析,發(fā)現(xiàn)是材料內(nèi)部應(yīng)力集中造成, 可是如果需要將材料時(shí)效需要很長(zhǎng)時(shí)間,但客戶的訂單周期時(shí)間很短。
通過(guò)查閱資料,選用的另外一種材料是6061 鋁板型號(hào)為T651。一般情況下,T6 的內(nèi)應(yīng)力會(huì)比較大,加工會(huì)變形,最適合加工的狀態(tài)應(yīng)該是T651,它是在T6 的基礎(chǔ)上進(jìn)行拉伸,消除內(nèi)應(yīng)力 6061 鋁合金的主要合金元素是鎂與硅,并形成Mg2Si 相。若含有一定量的錳與鉻,可以中和鐵的壞作用; 有時(shí)還添加少量的銅或鋅,以提高合金的強(qiáng)度,而又不使其抗蝕性有明顯降低。買回來(lái)T651 的材料后,進(jìn)行加工后發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品的平面度在0.15MM 以內(nèi),我們要控制是產(chǎn)品的平面度不超過(guò)0.4MM,完全合格。
圖3 正時(shí)鏈條蓋機(jī)加工簡(jiǎn)圖,鏈條蓋和其它汽車零件相比,易變形,加工精度高,裝配表面質(zhì)量要求高。此零件是發(fā)動(dòng)機(jī)總成的部件之一,有著嚴(yán)格的裝配尺寸要求和較高的形位公差精度。零件最大外形尺寸511310081.75。鋁料的規(guī)格為65032085.
設(shè)計(jì)方案
產(chǎn)品的加工工藝分為3 個(gè)序進(jìn)行加工,一序加工鏈條蓋內(nèi)側(cè), 并且將所有周邊過(guò)孔在一序全部加工出,另外需要用到二序的定位孔,位置度收嚴(yán)到0.05MM(如圖4)。
根據(jù)零件的結(jié)構(gòu)和技術(shù)要求,經(jīng)反復(fù)分析討論,確定了零件機(jī)加工分三序進(jìn)行加工:
OP10 工序加工采用立式數(shù)控加工中心進(jìn)行加工,通過(guò)鋁塊的T 型槽將鋁塊壓在機(jī)床上。加工鋁塊的兩面以及X 方向和Y 方向基準(zhǔn)加工,并且粗加工鋁塊( 如圖5). 粗加工結(jié)束后對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行精加工,周邊過(guò)孔加工以及銷釘孔的加工。這樣的工藝是保證所有孔在同一序加工,保證了孔的位置度。
產(chǎn)品的精度以及外觀要求我們?cè)诩庸ぶ耙脖仨氁鲆粋€(gè)評(píng)估,如果精度要求很高我們就必須要增加半精加工,但是此鏈條蓋的關(guān)鍵部位在于定位銷釘?shù)奈恢枚龋苓呥^(guò)孔的位置度以及最重要的油封孔的位置度,所以對(duì)產(chǎn)品外觀的精度要求不是很高,只要清角到位即可。
OP20 工序加工采用立式數(shù)控加工中心,采用典型的一面兩銷(固定銷)定位夾緊方案,以零件A 基準(zhǔn)端面及兩周邊過(guò)孔作為基準(zhǔn)定位銷孔2-Φ10+0.087 +0.067 實(shí)現(xiàn)定位(如圖4),加工背面整體外形, 但在加工背面整體外形的時(shí)候需要考慮裝夾壓緊部位(如圖7),所以我們?cè)诩庸み^(guò)程中分為三個(gè)步驟:第一,粗加工中部區(qū)域,粗加工完進(jìn)行精加工,以及清角。第二:將四個(gè)(M10)內(nèi)六角螺栓固定住產(chǎn)品進(jìn)行粗加工周邊的材料,并精加工完外形。第三:最后精加工與缸蓋罩的密封面,以及三個(gè)M12 牙的端面。
OP30 工序加工采用立式數(shù)控加工中心帶A 軸回轉(zhuǎn)的加工中心橋式夾具, 夾具結(jié)構(gòu)同OP10 工序一樣,采用典型的一面兩銷(固定銷)定位夾緊方案, 以零件A 基準(zhǔn)端面及B 基準(zhǔn)定位銷孔2-Φ5.95+0.087 +0.067 實(shí)現(xiàn)定位,加工油封孔、6 個(gè)M6 牙孔以及3 個(gè)M12 牙孔; A 軸回轉(zhuǎn)+90°,加工3-M12 以及4-M6 牙孔。( 如圖10)
機(jī)床全部選用美國(guó)產(chǎn)HAAS VF3SS 立式加工中心, 機(jī)床數(shù)控操作系統(tǒng)為HAAS 專用的操作系統(tǒng), 主軸采用12000rpm 的有色金屬切削專用主軸, X/Y/Z 運(yùn)動(dòng)行程1016/508/735 mm, 機(jī)床工作臺(tái)尺寸1219457 mm,X/Y/Z 定位精度±0.0050mm, 重復(fù)定位精度±0.0015mm。夾具轉(zhuǎn)臺(tái)選用HAAS HRT310 規(guī)格。
加工工藝關(guān)鍵點(diǎn):主要是考慮產(chǎn)品的變形問(wèn)題,工藝的安排,刀具的定制,在整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程中重要尺寸部位油封和銷釘孔都是使用的復(fù)合刀具,且精加工刀具全部采用PCD 鏜刀和鉸刀。這樣大大提高了產(chǎn)品的表面質(zhì)量,尺寸精度以及使用壽命。
問(wèn)題
零件在加工過(guò)程中陸續(xù)了出現(xiàn)了一些問(wèn)題,主要體現(xiàn)在以下方面:
1,OP10 工序的A 基準(zhǔn)端面的加工平面度0.4MM,剛剛開(kāi)始選用的材料是T6 規(guī)格的,經(jīng)過(guò)人工時(shí)效處理過(guò),但內(nèi)部應(yīng)力沒(méi)有完全去除。更換了T651 材料后此問(wèn)題解決。
2,OP10 工序的B、C 基準(zhǔn)定位銷孔2-Φ5.95+0.087 +0.067 鉸孔過(guò)后出現(xiàn)位置度超差,以及中心距242.0±0.05 mm超差, 也是由于產(chǎn)品變形所致。此產(chǎn)品很可惜就報(bào)廢了。
3,OP10 工序在精加工過(guò)程中D8R0.5 的牛鼻刀出現(xiàn)掉刀現(xiàn)象,這個(gè)主要原因是由于精加工的余量偏大,在加工過(guò)程中進(jìn)給很快使得刀具掉刀,不過(guò)出現(xiàn)這種情況后將產(chǎn)品下降2 個(gè)MM,此產(chǎn)品能挽救回來(lái)。
4,OP20 在加工完后發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品的表面有壓傷情況,最后查出原因就是粗加工的部分鋁屑跑進(jìn)了產(chǎn)品的加工面下面,然后螺栓在一鎖緊就造成了產(chǎn)品壓傷。在產(chǎn)品粗加工結(jié)束后將產(chǎn)品拿下來(lái)清理干凈接觸面,隨后在將產(chǎn)品壓緊,此問(wèn)題得到了有效控制。
結(jié)論
通過(guò)不斷的更改嘗試,工藝的優(yōu)化,最終按時(shí)完成了客戶的訂單。此次加工過(guò)程中,我們也掌握了一套自己的快速樣件加工技巧,用最有效的時(shí)間,最節(jié)約的成本來(lái)創(chuàng)造出最大的利益。
(審核編輯: 智匯張瑜)
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