摘 要:文章主要介绍了SH6型转换锁闭器重要零件——底壳的加工工艺过程,包括工艺路线的制定、工艺结构分析、工装设计、使用中的注意事项、刀具和切削参数的选择方面等内容,着重分析了机加工过程中的重点、难点,并对影响加工精度的外在和内在因素进行了归纳分析,总结了加工底壳类零件的一些方法和经验。
关键词:SH6型转换锁闭器;底壳;加工工艺
Abstract: This article mainly introduced the SH6 transformation locks up the important components—— bottom shell processing technological process, including the craft route’s formulation, the craft structure analysis, in the work clothes design, the use matters needing attention, the cutting tool and cutting parameter's aspect contents and so on choice, has analyzed in the machining process key point, the difficulty emphatically, and to affected the working accuracy external and the intrinsic factor has carried on the induction analysis, summarized processing bottom shell class components some methods and the experience.
Key words: SH6 the transformation locks up; Bottom shell; Processing craft
ZYJ7型电动液压转辙机(又称主机)及其配套的SH6型转换锁闭器(又称付机),是为满足中国铁路提速线路需要而研制的新型道岔转换系统。它能转换和锁闭国内外现有的各种规格型号的内、外锁闭道岔,并能正确反映尖轨及可动心辙叉的位置和状态。SH6型转换锁闭器(结构见图1)本身不带有动力机构,通过液压油管与主机共用一套动力系统,主要由转换锁闭机构、挤脱和表示机构等组成。底壳是付机的关键零件,起主要的防护和支撑作用,其材料为质量较轻的铸造铝合金(合金牌号:ZAlSi9Mg;合金代号:ZL104),铸造方法为砂型铸造或低压铸造。
1 底壳结构分析、加工要求、加工难点
底壳结构见图2。杆架面A、B和方孔套A、B及内腔各平面之间尺寸要求较为严格,内腔各平面须通过精铣加工完成。方孔套A、B孔直径70 mm须通过精镗加工完成。地脚平面及壳壁上缘面粗铣即可,其余均为平面光孔和螺纹孔,没有太大加工难度。
该零件属于薄壁腔体类零件,除前壁只有打孔工序外,其余5面均需要进行铣削加工。由于零件尺寸较大,水平方向左右面距离达到750 mm,尤其是内腔中油缸滑动侧立面和方孔套定位圆以及接点座定位孔之间有严格的尺寸精度,给加工设备提出了比较高的要求。另有此零件四周壁厚均为6 mm左右,装夹压紧过程中为手工操作,用力不均或者用力过大都会不可避免地出现零件的变形等影响加工精度的问题。
2 工艺路线制订
拟定以下两套工艺方案:A铣基准面→铣定位面→铣杆架面→铣方孔套处圆端面→铣地脚孔处→铣进线孔处→铣封口盖处→铣内腔各平面→镗方孔套处圆孔→插槽。B铣基准面→镗方孔套处圆孔→铣定位面→铣杆架面→铣方孔套处圆端面→铣地脚孔处→铣进线孔处→铣封口盖处→铣内腔各平面→插槽。以上A方案工艺衔接比较好,需求工装简易,但是镗孔时位置度会难以保证,影响产品合格率。B方案镗孔后以其孔为基准进行其他各工序,有利于保证加工精度。缺点是工装要求比较高,工序周转较为频繁。本着质量第一的原则,选择B方案为施行方案。
3 工艺分析
该工件的材料为铸铝,ZAlSi9Mg。加工之前首先是基准选择的问题。实际情况来看,由于设备的局限,方孔套定位圆是委托外协单位加工,其余均由本单位自行加工完成。外协单位镗孔工序之后,势必留下加工基准重新选择的问题。如果以两同轴孔作为铣削内腔和两侧杆架面的基准,则制作工装比较复杂。如果重新设定新的基准,则会产生基准不重合误差,影响各部位尤其是内腔的尺寸精度,产生废品。
所以,本着质量为先的原则,我们以此圆孔作定位来进行其余位置的加工:地脚面、壳壁上缘面、杆架A、B面、内腔各平面以及各孔。其中地脚面、壳壁上缘面只有垂直高度方面的要求,可在普通的立式铣床上加工,但是地脚面作为后续加工的精基准之一,需有较高的平面度要求,在工件的装夹压紧过程中须注意变形回弹问题。杆架A、B面除了长度方面的要求,其上各螺纹孔与油缸侧立面的位置度要求比较高,由于壁厚较薄的原因,必须注意螺纹孔位置偏斜损坏的问题,因此每批毛坯回厂须经划线以分析各关键位置是否有足够的加工余量。我们拟采用卧式铣床进行两个杆架立面的加工,同时考虑设计夹具来保证基准的统一性。内腔各平面是加工的重点部位,其中又以油缸侧立面与方孔套同轴圆之间的尺寸要求为重中之重。鉴于此,我们将此道工序安排在立式加工中心上一次装夹完成全部平面的加工,同时设计夹具统一基准。
4 夹紧方式和夹紧力的选择
进行各部分的铣削加工时,夹紧方式的选择至关重要。由于底壳属于薄壁腔体类工件,粗铣时背吃刀量和进给量一般比较大,采用过桥式压板进行整体压紧较为合适。在粗铣完成后和精铣之前需要有较长时间的间歇,以使工件的加工残余应力充分释放,保证精铣的精度。精铣过程中的夹紧力要适当减小,以粗铣时的一半左右为宜,同时应选用合适的进给量,每齿进给量0.2 mm
左右为宜。
夹紧装置设计的是否合理,对保证工件的加工质量,缩短工件的装卸辅助时间,降低工人劳动强度等都有直接影响。我们采用过桥式压板机构,压力作用点设于方孔套定位圆正上方处,在保证加工质量的情况下,可以快速稳定地装卸工件。
5 工装设计及使用
工装设计关键是将铣削加工中的基准统一为方孔套A、B处的同轴圆。根据6点定位原则,且在不影响工件使用和外形美观的前提下,可在地脚A、B处铣宽度为10 mm～15 mm的两个小平面,作定位的工艺平面,结合已经加工的两同轴圆与任一杆架面可对其进行合理定位,定为元件采用热处理后的圆锥型以保证足够的耐磨度。夹具体材质为HT200,是整体铸造而成,可提供必要的刚度,避免加工过程中产生变形。夹具设计兼顾到工人的劳动强度比较大,采用变换工位的方法,可在一套夹具上进行多个平面的轮流加工。铣削地脚处工艺平面的夹具结构见图3。
加工底壳之前先将夹具正确安装在卧式铣床工作台上,临床加工圆锥芯轴与定位块的配合面,保证两端的定位同轴度不大于0.04 mm,同时使二者轴线与夹具上边缘平行度不大于0.08 mm。注意夹具在搬运过程中须轻拿轻放,以防底板断裂。
6 加工方法的选择
底壳尺寸较大,达到750 mm×480mm×200mm,其加工主要在内腔各面的加工,内部最大深度为175 mm,考虑到各尺寸的关联性及精度问题,在现有生产条件下,只有立式加工中心MV-50可以完成这部分的加工任务,且须一次装夹完成所有平面的加工。油缸侧立面垂直方向的两个通槽可由插床完成,分布于底壳4个侧面的各光孔及螺纹孔可由摇臂钻完成。
7 刀具及切削液的选择
底壳材质为铸造铝合金(代号:ZL104),强度和硬度较低、导热性好、铣削负荷轻、切削温度低,但是高速切削的状态下普通铣刀和工件间会产生“黏刀”的情况,影响表面粗糙度和刀具的使用寿命。因此,我们选择专用于有色金属切削的YG类硬质合金铣刀,以减小刀具和工件之间的化学亲合力。进行精铣时,不能选用水溶性切削液,避免已加工表面形成细小的针孔,可以选用煤油或柴油。
8 切削参数的选择
底壳铸件硬度90 HBW～110 HBW,铸造尺寸公差为CT10级,最大处加工余量达到6 mm,以MV-40立式加工中心加工为主,机床功率为7.5 kW,所用刀具为YG18硬质合金立铣刀。除地脚平面之外均分为粗铣和精铣两道工序,且精铣之前一般分为两次切削,这样可以使负荷分配合适,保证精铣的余量均匀,粗糙度、直线度、平面度较好,同时也可以减少一次铣削切削量大而影响刀具的使用寿命。精加工时,尤其是精铣内腔各面时,为了得到较好的表面质量,我们要求提高主轴转速,试验选择合适的进给量为250 mm/min,铣削速度约为300 m/min,背吃刀量0.03 mm～0.06 mm,结果令人满意。 9 加工过程中工件的变形问题及解决方法
加工过程中的变形问题是首要问题。影响变形的因素主要有以下几点:①供货状态和形状不准确的影响;②工件安装时夹紧力的影响;③切削加工后残余应力的影响。针对上述问题经过研究我们采取了以下一系列的方法:①粗加工中加大背吃刀量适当减小进给量;②采用去应力和稳定质量的回火;③加工中加强工件的冷却;④在半精加工后增加一道回火工艺。
10 结束语
车间按以上工艺生产,并经过适时的改进,提高了生产率,缩短了关键件供货周期,减轻了工人的劳动强度,底壳的一次交验合格率达到了该厂的质量目标。
参考文献:
[1]《信号维护规则》,铁运[2000]14号
[2]《ZY系列电液转辙机》,TB/T 2673-2002
[3]《机械制造工艺学》,王启平编著,哈尔滨工业大学出版社,1995
[4]《电动液压道岔转换系统》,纪晏宁主编,中国铁道出版社,2004
[5]《机械加工工艺手册》,王先逵主编,机械工业出版社,2007
[6]《机械制造基础》,唐宗军主编,机械工业出版社,2000
[7]《公差配合与质量控制》,赵则祥主编,河南大学出版社,1999