前阀体零件的加工

■ 中车青岛四方车辆研究所有限公司 （山东青岛 266100） 李 松

随着铁路行业的迅猛发展，产品的多样性不断增加，结构种类较多，尤其是结构复杂、加工难度较大的异形零件不断增多，产品的质量要求随之增高，加工周期变长。本文所述前阀体就是车床加工的一种异形复杂零件。原来利用普通车床的传统装夹方式加工菱形零件，装夹找正难度较大，效率较低。为此进行工艺改进，先将标准卡爪改造成专用卡爪，打破传统装夹方式；再由普通车床改为数控车床加工。改变装夹方式后，能够实现快速稳定定位，达到减少辅助时间、提高效率、降低成本和按期交付的目的。最终产品加工时间由60min减少至10min，产品合格率提高到99%。这种车削菱形零件的先进操作方法具有一定的推广意义，类似零件加工时可以借鉴。

1. 研究目的

长期以来，车床加工前阀体一直是在普通车床上采用传统的单动卡盘装夹，但是由于生产任务紧、交付周期短，为了减少辅助时间、提高加工效率、降低成本和按期交付，实现快速稳定的装夹，就要对自定心卡盘的卡爪进行改造，以实现快速装夹，从而大幅减少辅助时间。此外还要进行设备升级，改由数控车床加工，使生产效率提高70%左右，从而提前完成交付。

2. 前阀体零件结构及技术要求

前阀体零件如图1所示。技术要求：①未注圆角半径R2～R5mm。②加工尺寸未注公差按GB/T 1804—2000《一般公差未注公差的线性和角度尺寸的公差》中m级执行，铸造尺寸未注公差按GB/T 6414—1999《铸件尺寸公差与机械加工余量》中CT10级执行。③固溶处理硬度170～200HB。④锐边倒钝。图2所示为零件三维立体图，图3所示为加工后最终零件实物。

图1 前阀体零件

图2 零件三维立体图

图3 零件实物

3. 原加工工艺

原加工工艺流程：粗车端面→粗车外圆及圆角→粗车内孔及斜面→粗车外圆槽→粗车内圆槽→冷却→精车端面→精车外圆→精车外圆槽→精车圆角→精车内孔及斜面→精车内圆槽→倒角→更换卡盘→粗、精车端面。

原加工工艺存在如下问题：

1）材料难加工，易产生表面硬化，散热慢。前阀体是车钩装置连挂系统BP阀组成内的一个不锈钢锻造零件，材料为ZG0Gr18Ni9，已固溶处理到硬度170～200HBW，切削相对容易，但表面容易产生硬化，硬化后对刀具的磨损和质量要求都有很大影响。并且不锈钢材料加工切削热量不易散发，需将粗、精加工工序分开，待零件冷却后才能精加工，以免影响尺寸精度。

2）装夹困难，辅助时间长，劳动强度高。原采用普通车床单动卡盘装夹（见图4），单动卡盘虽然是一个多样化的通用夹具，但其最大的缺点在于卡爪是单独调节的，不能快速完成装夹，不能重复装夹，不能轴向定位，而且单动卡盘加工完一端，还要再次更换自定心卡盘加工另外一端，每加工一批前阀体就要更换一次卡盘，需多次更换卡盘，装夹效率较低，增加了大量的辅助时间，长时间会使操作者过度疲劳。

3）加工内容多，要求操作者技能高，生产效率低。前阀体需要加工的内容比较多，涵盖了外圆槽、内圆槽、斜面和圆角等，而普通车床车刀架最多装4把车刀，实际上最少需要5把车刀才能完成加工，这就需要再次频繁地更换刀具、对刀才能完成加工，而且对操作者的技能要求很高。此加工方式效率低下，已完全不能满足生产计划及质量要求。

图4 单动卡盘装夹方式

4. 加工工艺的改进

针对原加工工艺存在的问题，对加工工艺进行了改进。改进后的工艺流程为：粗车端面→粗车外圆及圆角→粗车内孔及斜面→粗车外圆槽→粗车内圆槽→精车端面→精车外圆及圆角→精车外圆槽→精车内孔及斜面→精车内圆槽→调头→粗、精车端面。

（1）改造卡盘专用卡爪 根据前阀体工件的几何形状，利用NX软件编程生成程序，然后在立式加工中心把自定心卡盘正卡爪（切记采用一体式卡爪，因为分离式卡爪带有螺丝孔不便使用）的轮廓形状加工成与前阀体外形相吻合，深度加工到10mm（轴向定位用，见图5），此装夹方式只需几秒钟的时间就可以完成装夹（见图6），且可以完成轴向定位，简单实用。装夹前要清理一下棱边毛刺，以免影响装夹时找正。

图5 专用卡爪

图6 装夹状态

（2）使用数控车床替代普通车床加工 工艺改进前采用单动卡盘需要在普通车床上进行加工，由于刀架只能安装4把车刀，而实际上至少需要5把车刀才能完成加工，且效率、外观及尺寸都不能达到理想的效果。工艺改进后采用自定心卡盘加专用卡爪，可以将前阀体放在数控车床（见图7）上进行车削加工，刀架装4把车刀可以实现一次装夹成形（见图8），省去多次频繁换刀、对刀的时间。改进后装夹方式的优点是能够快速稳定地装夹，减少了单动卡盘找正中心的时间。数控车床较普通车床而言，具有高灵活性、柔韧性，加工效率高，产品外观美（见图9），尺寸稳定等特点。

图7 数控车床

图8 车刀的安装

图9 数控车加工后的效果

改进后的加工工艺具有如下优点：①加工效率高。②尺寸精度稳定，合格率提高。③降低了操作者的劳动强度及技能要求。④质量安全有效可控。⑤减少换刀及更换卡盘次数，缩短辅助时间。⑥减少零件冷却等待时间。

5. 结语

对于卡爪的改造打破了传统思路，提质增效效果显著。新工艺安全、可靠，一次加工成形，减少了操作者劳动强度，降低了操作技能要求，同时具有生产效率极高、尺寸精度稳定、装夹牢固方便、辅助时间短以及质量安全可靠等优点，提高了加工表面质量，保证了产品交付期。新工艺方法可为类似几何形状产品的加工提供参考。