图1为液压流量调节阀,阀芯材料为40Cr,其他加工工序已经完成,本工序要求用线切割机床加工其三角形节油孔,年产量3 000件。
最初的加工方法是每次加工一件,单件的纯切割时间1~2min,而加工前后穿丝、抽丝等辅助工作大约也占用大致同样的时间,机床生产效率不高。对于一个操作工可以同时操作多台线切割机床的传统习惯来说,单独操作一台机床,造成一定的人力浪费。另外,频繁的重复操作还会增加出现操作失误的概率,钼丝松紧程度控制不好,工件定位误差增大,甚至造成废品。
经过分析产品的结构和生产纲领,设计制作出如图2工装进行加工,使得每次装夹与穿丝,可以加工多个工件(视丝架高度确定工装高度和装夹工件数量),既满足产品质量要求,又提高劳动效率。
1. 工装结构
底座1上通过定位孔安装若干个心轴5,用螺母2锁紧固定。待加工的阀芯4以间隙配合的形式套在心轴5上,阀芯4左端面受磁力吸引,紧贴固定于底座侧面上的等厚磁铁3表面。
2. 操作步骤
(1)加工前工装的安装与找正 工装通过平口钳固定在工作台的横架上,工装底座1的右平面和正面,用安装在机架上的钼丝“碰边”或直角尺等方法找正。接着,卸下钼丝,穿入心轴工艺孔,绕至储丝筒上固定好。用碰边的方式分中,使钼丝处于心轴工艺孔中心。
(2)工件加工操作 工件(阀芯)4套在心轴5上,左端与固定在工装座上的等厚磁铁3端面接触被磁力吸引而固定。钼丝通过工件穿丝孔穿入,绕过导轮,在储丝筒上拉紧固定。适当调整工件与钼丝的相对位置,使启动自动切割前,用目测法判定钼丝位于穿丝孔中心:拧转工件,调整周向位置。摇动工作台,调整工件轴向位置。为提高首件加工的成功率,先用游标卡尺测量钼丝到定位端面距离,初步计算割出三角形位置与图样相符程度。确认无误后启动自动切割程序,采用自动跟踪方式切割。经过首件检验,摇动工作台,可微调三角形在轴向位置精度。
3. 切削加工受力分析
阀芯4重力被心轴5承担,线切割加工时,切削力只表现为切削液的冲击力,与重力一起大部分被心轴承担。冲击力的轴向分力由磁铁承担。经实践测试证明,磁铁的吸引力足以实现阀芯的轴向紧固。磁力夹紧的明显优点在于:既满足固定工件需要,又能在不撤销夹紧力的情况下,方便地进行工件的周向位置调整。
4. 自由度分析
本工装限制工件5个自由度:长心轴限制4个自由度,底座表面限制一个自由度。工件缺乏周向定位,周向自由度不确定,可通过视觉观察,拧动工件,使钼丝位于穿丝孔中间即可。
5. 操作注意事项
底座加工需要满足:心轴固定孔与右端面垂直,且与工装正面的距离相等。心轴加工需要满足:f20mm外圆与阀芯孔成间隙配合,与工装底座相贴的左端面,与f20mm外圆柱轴心线相垂直。从此保证安装好的各个心轴轴线相对于线切割钼丝的位置的一致性。心轴安装在底座上,工艺孔方向应与底座高度方向平行,否则会形成干涉并被钼丝割坏。
实践中曾考虑完全定位制作工装,用12mm宽槽底面限制阀芯周向自由度,但是由于上道工序穿丝孔的位置精度不高,甚至钼丝穿过工装上阀芯各穿丝孔,不能自然拉直,容易割歪工件,形成废品。故采用本文所述不完全定位方案设计工装。
由于穿丝孔仅为2mm,在工作台上穿丝较困难,特别是数个工件一起穿丝,操作更不方便。后期工装心轴结构作如下改动:将心轴工艺孔右侧用线切割割出一通槽,即可实现手工在工装外一次对多个工件穿丝,再将套和钼丝一起穿入工装心轴(钼丝从槽中通过)。
工装需要定时清理切屑,特别是磁铁上极容易有切屑附着,防止定位超差。若提高精度,可通过改变零件加工精度,工装装配安装找正精度来实现;首次加工检验比较重要,定位精度适当调整,防止成批废品。
6. 结语
经过数年的实际使用和改进,证明工装可靠实用,加工零件质量得到保证,机床和人工效率提高数倍。本工装结构可以推广到类似零件线切割成批加工。