截止閥焊圈排布板加工工藝研究論文
截止閥焊圈排布板加工工藝研究論文
摘要：對截止閥焊圈排布板產品的結構特點進行了分析，並在此基礎上結合生產實際，對截止閥焊圈排布板精密多孔加工工藝進行改進，設計了相應的專用夾具和鑽孔刀具。經過現場小批次生產實踐，確認截止閥焊圈排布板產品的質量穩定性和生產效率有大幅提升，改進後的生產工藝及夾具、刀具在相關領域內具有使用和推廣價值。
關鍵詞：截止閥焊圈排布板；加工；技術改進
1、研究背景。
截止閥自動焊接裝置專用於截止閥的自動化焊接工作，主要由機架、工作臺、截止閥焊圈排布板和焊接機構組成。工作臺安裝於機架上，截止閥焊圈排布板由定位銷固定安裝於工作臺上，焊接機構安裝於截止閥焊圈排布板的正上方。工作時，工件插裝於截止閥焊圈排布板上低速旋轉，焊接機構透過設定的程式對插裝於截止閥焊圈排布板上的工件進行自動焊接。為確保加工質量，在加工中對焊接機構與截止閥焊圈排布板的相對位置精度要求和工件旋轉同軸度的要求相對較高，同時使截止閥焊圈排布板的加工精度要求大大提高。
現有截止閥焊圈排布板的加工工藝雖然能滿足產品的精度要求，但是存在生產效率低、穩定性差、生產成本高等問題，一直困擾企業的發展，因此急需一種高效優質的新生產工藝，以滿足批次生產截止閥焊圈排布板的加工需求。針對上述問題，筆者透過生產實踐，研製了一種在加工中心上應用的'專用夾具，用於裝夾圖1所示的截止閥焊圈排布板。透過設計高效鑽孔刀具，以及批次生產高精度截止閥焊圈排布板的新型加工工藝，為解決板類零件上高精度多孔加工問題提供參考。
2、現有加工工藝分析。
截止閥焊圈排布板的毛坯為鋁板型材，經鑽孔、粗銑、精鏜孔、陽極氧化等幾道工序後形成成品。板上的最大加工區域為橫豎等距排列的99個閥體安裝孔。如圖2所示，這種閥體安裝孔為圓柱形臺階孔結構，大端直徑為16.1mm，小端直徑為6mm，其中準16.1mm、深10mm的內孔尺寸精度和表面質量要求較高，且兩閥體安裝孔之間的左右和前後間距較小，使大端孔壁較薄，加工時容易變形，加工難度大。因此，如何高效、高精度地完成閥體安裝孔加工，已成為保證截止閥焊圈排布板質量的關鍵。透過對現有生產工藝進行實際調研，發現現有加工工藝主要存在幾個問題。
（1）在鑽孔和精銑鏜閥體安裝孔過程中，產生的鋁屑非常多，且由於孔徑較小，使排屑和冷卻不暢，容易堵住加工孔，導致後續工序鏜孔時孔徑和孔壁表面粗糙度穩定性較差，刀具壽命短。為解決上述問題，採用分散加工工藝，先用鑽床鑽削底孔，然後在加工中心上粗銑、精鏜孔。但這種分散加工工藝加工效率低，生產成本高［1］。
（2）由於採用分散加工工藝，導致裝夾定位誤差大，特別是在加工中心加工過程中，由於截止閥焊圈排布板面積較大，只採用四角四點壓裝，且截止閥焊圈排布板上閥體安裝孔圓度偏差大，尺寸穩定性較差，導致需要經常檢測，且需修改程式進行補刀加工，加工效率低［2］。
（3）在加工中心上加工時，截止閥焊圈排布板直接由壓板壓裝於工作臺上，底面與工作臺緊密接觸，導致閥體安裝孔排屑不暢，鋁屑堵塞在安裝孔內，使清理鋁屑時非常不便，費時費力，且吹出的鋁屑容易給操作者造成眼部傷害。
3、加工工藝改進。
針對上述問題，筆者透過分析研究，對現有的截止閥焊圈排布板加工工藝進行了改進。
（1）對原有的分散加工工藝進行最佳化，集中採用在加工中心上一次裝夾，完成所有加工工序，以減小裝夾誤差，降低企業生產成本［3—4］。
（2）設計新型工裝夾具，將傳統的四角四點壓裝最佳化設計為區域化分塊壓緊。為便於截止閥焊圈排布板上的閥體安裝孔排屑，進行分塊壓緊，分塊加工，減小加工變形和尺寸誤差，提高閥體安裝孔尺寸的一致性［5］。此外，為確保加工時產生的鋁屑順利排出，提高排屑效果，減少孔內鋁屑堵住的現象，對夾具內部進行最佳化設計，使孔內暢通，並且儘量保持清潔，確保後續鏜孔時孔徑的尺寸精度和孔壁表面粗糙度要求，提升刀具壽命和產品合格率。
（3）改進設計臺階式單刃鑽孔刀具，減少刀具數量，縮短換刀時間，提升加工效率。
（4）最佳化設計準9.7mm中間孔加工工藝，採用定尺寸鎢鋼鉸刀鉸削加工替代鏜孔加工，在保證加工精度的同時縮短加工時間。改進後的生產加工工藝在車間小批次生產實踐後，進行資料統計，發現改進後的生產加工工藝使生產質量和生產效率有明顯提高，尤其是準16.1mm閥體安裝孔尺寸穩定性較好，尺寸精度和表面粗糙度都達到了圖紙要求。
4、專用夾具研發。
為了徹底解決傳統工藝中存在的排屑不暢導致後續加工刀具損耗大、鏜孔孔徑尺寸穩定性和表面粗糙度差等一系列問題，筆者經過實踐研究，設計了一套自吸式截止閥焊圈排布板專用夾具［6］。這一專用夾具主要包括夾具體、鎖緊機構、進氣機構和排屑裝置。夾具體由45號鋼經過銑削加工、熱處理、平面磨削而成，夾具體的上表面排列設定有排屑孔、導柱孔和16個壓裝鎖緊螺紋孔，排屑孔截面成漏斗形。夾具體的下表面開設有一個排屑空腔，排屑孔的下端與空腔相連，形成排屑通道。
夾具體的前側設定有一排進氣孔，進氣孔與空腔相互貫通。各進氣孔透過管道與進氣機構相連線，由進氣機構控制空腔內的氣流大小。夾具體的後側設定安裝了一個排屑裝置，排屑裝置與空腔相互貫通連線。夾具體上表面的左右兩側各設定有一組鎖緊機構，可以實現安裝時的快速鎖緊［7］。使用時，夾具體透過鎖緊機構快速固定在加工中心的工作臺上，截止閥焊圈排布板放置於夾具體上，透過螺釘與16個壓裝鎖緊螺紋孔連線，將截止閥焊圈排布板壓裝在夾具體上，使加工區域區塊化，並透過螺釘定位實現快速定位裝夾。截止閥焊圈排布板加工時，同時開啟進氣機構和排屑裝置，使高壓氣體由進氣機構進入夾具體空腔內，形成氣流，將鑽孔所產生的鋁屑快速帶走，而後由排屑裝置將被氣流帶出的鋁屑快速收集，使夾具體空腔內形成負壓狀態，確保鑽孔所產生的鋁屑能夠快速下落，防止鋁屑堵塞孔。
5、鑽孔刀具設計。
為了滿足新加工工藝的加工要求，縮短輔助時間，減少刀具數量，提升加工效率，保證截止閥焊圈排布板加工質量的穩定性和一致性，需要設計一款新型鑽孔刀具［8］。截止閥焊圈排布板閥體安裝孔為圓柱形臺階孔結構，孔徑變化較多。在傳統加工中，需要採用準6mm麻花鑽、準9.5mm麻花鑽、準9.7mm鉸刀、準8mm立銑刀、準12mm粗精鏜刀等多把刀具，換刀輔助時間較長，並且在鑽孔過程中由於孔徑較小、孔較深，經常出現鑽頭折斷現象。由此可見，如何高效、高精度地完成閥體安裝孔的加工，減少刀具的數量，成為保證截止閥焊圈排布板加工質量的關鍵點。為此，筆者設計了一款臺階式單刃鑽孔刀具［9］，刀具體由三個臺階組成，刀具整體結構剛性較好。刀體的前段直徑為6mm，中間段直徑為9.5mm，後段直徑為15.9mm。每個臺階上焊接有一片切削刀具，並在刀體上設定有一條螺旋槽，方便鋁屑排出。在刀體的中心開設有三條刀具冷卻通道，對應用於每個臺階上的刀片冷卻，在冷卻刀具的同時使鋁屑不易堆積［10］。在臺階式單刃鑽孔刀具試生產中進行資料統計，發現新鑽孔刀具加工效率高，可實現三個臺階孔同時進行鑽孔加工，節約了換刀時間，而且螺旋角度設計合理，排屑通暢，刀體冷卻效果和加工精度穩定性好。資料顯示，截止閥焊圈排布板加工精度100%符合圖紙要求。
6、總結。
筆者透過實際生產實踐研究，介紹了改進後的截止閥焊圈排布板加工工藝。改進後的加工工藝不僅能夠有效保證截止閥焊圈排布板的加工質量，降低企業生產成本，提高加工效率，而且可以防止因多道工序流轉引發的質量問題，為截止閥焊圈排布板的全面自動化生產打下了良好的技術基礎。經檢驗，由改進後新工藝生產的截止閥焊圈排布板，其尺寸精度、位置精度、孔表面粗糙度等各項資料均滿足圖紙的設計要求，而且裝夾方便快捷，裝夾輔助時間較原工藝縮短了60%，加工效率大幅提高，產量由原來的每班8塊提高到每班14塊，為企業帶來了良好的經濟效益。實踐證明，筆者設計開發的專用夾具和鑽孔刀具新穎實用，同時可用於其它板類零件上高精度多孔的生產加工，具有一定的參考價值。