前阀体异形零件，经过这种改进，产品合格率提高到99%

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编者按

针对菱形工件的形状特征和加工难点，通过卡爪改造的方法，实现快速稳定的装夹定位，减少辅助时间。使用数控车床替代普通车床，解决频繁换刀问题，达到了降本增效的目的。

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。

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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四爪单动卡盘装夹，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，从而大大减少辅助时间。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。

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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

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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170～200HB，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。原采用普通车床四爪单动卡盘装夹（见图4），四爪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，而且四爪单动卡盘加工完一端，还要再次更换三爪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　四爪单动卡盘装夹方式

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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三爪自定心卡盘正卡爪（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四爪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。工艺改进后采用三爪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，减少了四爪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。

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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。

本文发表于《金属加工（冷加工）》2020年第6期第34~36页，作者：中车青岛四方车辆研究所有限公司 李松，原标题：《前阀体零件的加工》。

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来源：金属加工 本文编辑：安年，插画师：张硕 媒体合作: 010-88379864