复杂曲面高精度密封板制造工艺研究

尤 宝，朱瑞和，袁亚民

（洛阳双瑞特种装备有限公司，洛阳 471000）

复杂曲面高精度密封板制造工艺研究

尤 宝，朱瑞和，袁亚民

（洛阳双瑞特种装备有限公司，洛阳 471000）

介绍了采用MASTCANE软件进行复杂曲面高精度密封槽板的加工方法，并结合实际产品的加工，给出了如何从三维模型到实际产品的生产制造过程，并对过程中出现的问题进行了汇总分析，对过程中关键加工环节提出了合理的解决方法，通过实例的操作实施，提供了简单可行的方法路径。

曲面部件；密封槽板；数控加工；MASTCANE

0 引言

数控技术是机械加工现代化的重要基础和关键技术。随着数控机床的广泛应用，大幅度地缩短了产品的制造周期，提高了产品的加工质量和生产率[1]，但是对于一些形状复杂零件的加工，常规的加工方法很难实现对密封槽的加工与精度控制。

1 曲面密封板结构设计与分析

曲面密封板是我公司设计的模具成型专用成型板，该密封板上下呈现梯形结构，其中上边缘宽度629mm，下边缘宽度557mm，总高度1208mm，板厚50mm，边缘一圈厚度为34mm。密封板凸面为锥体圆弧面，凹面为线型结构面，同时凹面中心有密封台阶面与最终模具配合，台阶面边缘为密封槽，具体如图1所示。

2 曲面密封板加工方案研究

针对密封板的结构特点，对异形高精度密封板进行了数控加工工艺方面的深入研究，充分了解其使用条件后，对整体加工进行了工艺试验。

2.1 密封板在制造过程中存在难点分析

1）密封板属于薄板结构，为避免热处理变形，实际密封板凹、凸面铸造余量设计较大，加工过程中，随着加工余量的减少和工件残余应力的释放，工件极易变形；

2）铸造毛坯件件由于前期未设计铸造加工定位基准块，造成后期加工基准不容易找到，找正困难；

3）密封槽的精度要求较高，槽底与槽两侧表面粗糙度要求1.6，同时密封槽的槽底与侧面有清根随形要求，加工难度增大；

4）由于密封板为弧面线型表面，整个加工过程中尺寸测量只能检测宽度与高度，对于弧面线型与密封槽的位置检测，密封槽与弧面得垂直误差，无法通过常规的测量方式检验。

2.2 数控加工工艺分析

根据密封板尺寸大小，结合目前常用数控加工中心，寻找经济性较高的加工方式，在保证整体加工周期的同时，对整个工艺进行了优化设计。

由于密封板凹面加工区域复杂，涉及垂直凹面法向密封槽，线形密封台阶面，法向密封面定位螺栓孔，法向密封面导向孔等加工要素，整体表面加工精度要求较高，必须一次完成精加工。为保证产品的制造周期，减少原材料浪费，提升效率，前期采用NC EDIT和MASTCAM2017对数控加工过程仿真，对刀具的选择、加工走刀路线、进退刀方式、刀具轨迹、刀具与约束面是否发生干涉与碰撞等项目进行了模拟加工，完成后根据铸造毛坯量生成了粗加工、半精加工、精加工加工程序，该软件生成的程序可直接输入机床进行加工，具体如图2～图5所示轨迹。

图1 曲面密封板图纸

图2 NC Edit软件仿真密封板凹面数控加工（粗加工）刀具轨迹

图3 MASTCAM软件内型面密封内槽投影加工仿真模拟

图4 MASTCAM软件凹面精加工仿真模拟

图5 MASTCAM软件定位螺栓孔加工轨迹模拟

2）在密封板加工前，重新对密封板进行定位基准的制作，即加工100mm×50mm×50mm工艺定位块，将密封板在加工中心初步找正后，确定加工平面A、B、C、D四点坐标，如图6所示，划线确定坐标原点，完成后在E、F两侧边缘等距离焊接4个工艺凸块，间距为400，同时要求四块工艺定位块距离凹面边缘线20mm。

图6 密封板焊接定位工艺块位置示意图

3）实际制造过程中，考虑到密封板加工厚度的减薄（最薄处达到34mm），导致密封板中心区域受切削力增大，加工过程中容易造成变形，需要在装夹过程中对密封板中心区域背面进行支撑，具体如图7所示，并随着加工余量的减少，逐渐卸载装夹工装压紧力，保证加工过程中应力的逐步释放，随着装夹压紧力的减小，需要调整减小刀具进给量，整个加工过程避免一次装夹完成最终精加工。

图7 密封板加工过程装夹与支撑

4）在刀具选择方面，根据工件材料和加工图纸要求，选择合适刀具。型面粗加工主要使用D42R5圆鼻刀、D20R5圆鼻刀，精加工主要使用D32的可换柳叶刀片球头刀。

5）密封板的加工包含粗加工与精加工，主要加工包括顶面型面加工与外侧型面加工，完成后对密封板装夹工装拆解，重新找正后，将凸朝上放置，加工凸面上表面，为保证变形量最小与应力释放，该工序需反复多次进行加工，粗加工件与精加工件如图8、图9所示。

图8 密封板凹面粗加工与

图9 密封板精加工成品

6）在检测方面，为保证整体精度，检测采用三维激光扫描进行测量，并通过与理论准确模型进行对比，最终形成变形云图，对关键部位（密封槽）进行精度检测，得出关键位置点的误差数据。粗加工过程中余量与变形三维扫描检测误差分析图如图10、图11所示。

图10 粗加工密封板正面三维扫描误差检测

图11 粗加工密封板背面三维扫描误差检测

3 结论

通过研究密封板结构要求及使用要求，对提供的毛坯件进行分析后，通过数控虚拟加工工艺仿真与合理的基准选择和装夹相结合，检测采用传统卡尺测量与光线三维扫描相互结合，最终制定了完善的加工工艺路径，经过实际产品的加工验证，产品精度满足要去，产品研制一次成功。

结合本次密封板的加工试验研究，后期密封板将采用精密铸造，减少密封板各加工面余量，在铸造过程中，对密封板建议增加定位基准块的铸造，来提升产品制造效率，进一步减低产品的制造成本。

[1] 周立波,李厚佳,基于UG的加工仿真及后置处理器的开发[J].制造业自动化,2009(02):47-50.

Study on manufacturing technology of high precision seal plate with complicated surface

YOU Bao, ZHU Rui-he, YUAN Ya-min

TH164

：B

1009-0134(2017)07-0043-03

2017-05-03

尤宝（1986 -），男，甘肃武威人，工程师，本科，研究方向为机械产品设计及制造。