基于某零件的工艺改进技术研究

韦 林，田仕兴

（贵州航天电器股份有限公司，贵州贵阳，550009）

1 前言

今年以来，公司订单量大幅增加，各种产品型号越来越丰富，产品和零件结构相应也越来越复杂。对于工艺人员来说，这是一个挑战，更是一个机遇。俗话说，科学只有起点，技术没有终点。在公司订单量增加的同时，生产能力也要不断提高。作为一名工艺人员，要不断学习、探索创新，进而优化工艺，解决生产现场的各种老大难问题，实现生产能力的稳步提升。

工艺是将原材料或者半成品加工成零部件、产品的方法和技术。对于任何一个公司来说，拥有合理的工艺非常重要。生产工艺越合理，生产效率就越高，生产成本越低，生产交付周期也相应地越短，在当今市场竞争日趋激烈的环境下才能立于不败之地。合理的工艺就是在产品、零部件的质量特性优越的前提下，在既定的生产条件下，能够方便而经济地生产出相应的零部件或产品。

2 研究背景

图1是公司某型号产品常用的零件图，为典型的“π”形状。该零件主要做紧固线束作用，但孔位置度及螺纹孔要求较高，必须满足图纸要求。该零件需求量较大，材料是316L不锈钢，厚度2mm，固溶状态。

图1 零件设计图

此零件的加工工艺流程是：下料→落料→滚光→压弯→钻孔→攻丝→去毛刺（含回牙）→检验→钝化→检验→入库。但该零件在加工孔的过程中，需要频繁的装夹－加工－取件，劳动强度大，生产效率低，且容易产生毛刺，需要再次加工去除毛刺，导致零件外观质量差，生产效率低。经过现场跟踪分析，原因主要有以下几点：

①用台式钻床钻孔，则需预先用中心钻点孔，然后钻孔，最后去除反面毛刺。每个零件需经过多次装夹和更换刀具，过程繁琐耗时，生产效率低，且机械式重复加工，极易造成错误。

②为保证钻孔尺寸及精度，需要先设计并加工出专用的钻孔夹具，为保证夹具寿命及使用精度，采用淬火材料，加工周期较长。

③对单批数量多的零件，钻床已不能满足加工周期需求，常改用数控铣床钻孔，需预先加工夹具并装夹定位，数控加工避免人为换刀，相对于台式钻床提高了加工效率，同时也避免加工错误的发生概率，但仍需人工装取零件，加工效率低，劳动强度大。

④由于不锈钢材料粘性大，刀具易折断、磨损，需要频繁磨刀、换刀，刀具成本高，生产准备过程耗时较长。

3 工艺分析研究及验证效果

3.1 工艺分析及方案

该零件材料为不锈钢，材料的冲压成型性能良好。零件结构上没有尖锐清角，公差范围大，适合采用冲裁的工艺加工方法。基本工序为冲孔、落料、弯曲以及后续的攻丝。可以拟出以下几种方案：

方案1：级进模；

方案2：落料，弯曲，冲孔；

方案3：冲预孔修孔落料，弯曲；

方案4：冲孔落料，弯曲，修孔。

3.2 方案对比及验证效果

1）方案1：级进模

开制冲孔、弯曲、切断级进模，加工效率非常高，适合于大批量零件的生产。但是我公司的产品主要是品种多、批量小，批次的生产数量较少，而级进模的结构复杂，模具的设计以及制造周期长，后续模具维护及维修较为困难，开模成本较高。因此不选用。

2）方案2：落料，弯曲，冲孔

开制落料模、弯曲模和冲孔模各一副，均为单工序模。模具结构简单，操作方便，开模周期短，成本低。根据公司实际情况，先根据理论展长，开制弯曲模，然后利用线切割加工试模零件进行试弯曲，若弯曲高度尺寸与设计尺寸有差异，则修理弯曲模的凸模和凹模。将零件的高度尺寸修理至设计尺寸后，此时弯曲模已定型。再根据零件弯曲前的长度计算出实际展长，再开制落料模。

最后以弯曲过后的外形定位进行冲孔，这样可以很好地保证孔距尺寸，孔距与外形之间的相对位置关系也可以得到很好的保证。经过试验，该方案加工的零件实物如图2所示。

图2 弯曲外形图

经过多次实物加工测量，零件在弯曲后冲孔，长度尺寸会增大0.04mm～0.1mm。另外，材料较硬，厚度较厚，冲裁断裂带较大，如上图3所示，两孔实际为“喇叭口”状，光亮带尺寸满足尺寸，断裂的尺寸常偏大0.1左右。但部分孔为螺纹底孔，装配中起锁紧作用，“喇叭口”影响攻丝后螺纹尺寸，有效螺纹段减少，使用过程中隐患大，质量不可靠，该方案不能满足要求。

图3 孔壁“喇叭口”状放大图

3）方案3：冲预孔修孔落料，弯曲

先冲制预孔，然后修孔，再落料外形，最后弯曲，开制一副跳步模和一副弯曲模。对于该零件孔的成型，考虑到方案二中冲裁的断裂带对后续加工螺纹会造成不利影响，所以将孔的成型分为两个阶段，一个是冲制预孔阶段，另外一个是对孔进行修整的阶段。即先冲出比设计尺寸小0.3mm～0.5mm的预孔，此时有断裂带的存在，然后再以较小的间隙修整至符合设计尺寸，这样冲出的孔光亮带长，能有效保证螺纹尺寸和有效螺纹段。

与方案二相同，先开制弯曲模，再推算实际展长开制跳步模。经过实际加工验证，通过将孔的成型分为两个阶段，可以消除方案二中的“喇叭口”，孔的成型质量很好，几乎是全光亮带。加工的零件实物如图4、图5所示。

图4 弯曲外形图

图5 孔壁放大图

对于该方案，零件整体成型良好，加工效率高。但是经过多个零件批次的加工验证，发现当孔距离弯曲R边直线段少于一定尺寸或当零件的弯曲高度较大后，孔变形严重（见图6），孔距超差，直线段距离越近，弯曲高度越高，孔变形越严重。

图6 孔口变形处放大图

经过深入分析，我公司部分零件两孔边缘距离弯曲圆弧端点较近，零件经过冲孔和修孔后，孔已经完全成型，后面的外形落料并不会对孔产生影响，而是后续在弯曲的过程中，由于整体材料流动较大，导致零件孔距超差甚至孔被拉变形的情况。对于部分孔边缘距离圆弧端点远的零件，弯曲过程并不会影响孔的成型质量，可以利用此方案进行加工。但是我公司该类型的零件中，大部分零件的孔距离圆弧端点都较近，因此不能采用此方案加工。该方案具有一定的局限性，仅对孔距弯曲R边直线段较大的零件适用，对于直线段小的零件，还需要继续研究和改进。

4）方案4：冲孔落料，弯曲，修孔

需要一副冲孔落料跳步模，一副弯曲模和一副修孔模。模具结构均比较简单，加工效率较高，模具制造成本较低。其中孔的成型还是要用两个阶段来完成，不过，为了消除弯曲过程对孔的影响，把孔的修整过程放在弯曲过后进行。即便弯曲过程使得事先冲制好的预孔发生变形，后续的修整过程也可以使之得到修正。先开制弯曲模，推算实际展长开制冲孔落料模，随即开制修孔模。修孔过程以弯曲后的外形定位，这样可以很好地保证孔距尺寸，两孔相对外形的位置关系也可以得到保证。

经过多个不同批次不同零件的验证，通过先冲制预孔，然后弯曲，再进行修孔的方式，两个孔以及外形的整体成型质量良好。针对批次数量较大或已经定型的产品，目前公司生产现场已经按照改进后的工艺模式生产零件，加工的零件实物如下图所示：

图7 加工实物图

图8 加工实物图

图9 加工实物孔口放大图

图10 加工实物孔壁放大图

因为修孔过程的冲裁余量小，可以取较小的冲裁间隙，通常取双面间隙0.02mm～0.03mn，冲裁断面几乎是全光亮带，不会存在方案二中的断裂带和“喇叭口”的情况。此外，修孔过程并不会使弯曲过后的零件变长。冲孔凸模也不用做成台阶型，卸料板也不用做成台阶沉孔，减少模具制造的工作量。

5）结论

通过对多个加工方案进行对比以及试验验证，零件采用先冲孔落料，然后弯曲，最后修孔的加工方式最为合适。同时，该零件孔的成型与其弯曲的圆弧有很大关系。孔边缘距离圆弧越远，其修孔余量应该越小，孔的成型质量越好；孔边缘距离圆弧越近，其修孔余量应该越大，孔的成型尺寸稍差。从零件工艺性的角度来看，在不影响其功能的前提下，孔距离圆弧越远，其加工工艺性越好。

4 结束语

该类零件是公司的一种通用件，零件用量大。由于零件材料的特性，传统的刀具切削的加工方式效率低、成本高。本文通过深入加工现场，从零件加工效率低、加工质量差的问题现象出发，结合零件的材料和结构特性，改进加工工艺，经过大量的试验验证，分析加工实物后进行不断改进，摸索出全新的加工工艺，大幅提高了零件的加工效率，保证了加工质量，实现降本增效。