趙文娟,曹連靜,王新虎,董翔
中國電子科技集團第五十五研究所 江蘇南京 210016
隔墻因其結構變化靈活且便于裝配使用,被廣泛應用于各種類型的器件盒體內。隔墻結構尺寸如圖1所示,其外形開放,壁厚小,結構強度不高,加工過程中容易產生生變形,尺寸間的相互位置精度不易控制。隔墻的加工過去主要依賴普通銑床和線切割,并配合少量數控銑削加工,產品質量不穩定,生產效率低,操作人員的勞動強度高。
圖1 隔墻結構尺寸
(1)銑工序 銑六面。
(2)數控銑削 以銑好的外形定位,銑隔墻正反面的臺階及槽成形,在隔墻通腔處每個腔內定心一個穿絲孔。
(3)鉗工序 制作穿絲孔。
(4)線切割 以銑好的外形定位,多次穿絲完成隔墻外形和通腔的切割加工。
1)尺寸精度與一致性不易控制。原工藝方案中影響成品最終尺寸的加工步驟分散在多個工序之中,定位裝夾的次數較多,尺寸一致性和相互位置精度不易控制。隔墻的厚度及外形幾何公差由銑工序保證,由于數控銑削及線切割的定位基準同為銑削后初坯的外形四邊,所以初坯的質量直接影響后面工序的加工精度。初坯的外形平行度和垂直度偏差將直接復現在后續加工中,在數控銑削和線切割工序中尺寸偏差還將逐漸累積。
在銑床加工初坯的過程中,零件需要進行多次裝夾,定位誤差將直接反映到加工零件的尺寸精度上。初坯外形精度與銑床操作人員的技術水平密切相關。此外,多次裝夾、分批加工而成的外形一致性也較差。
在實際生產過程中,還時常發生不同工序加工的外形尺寸相互位置精度不高的質量問題。
2)生產效率不高,勞動強度較大。單個毛坯生產單個零件,工藝路線長,生產效率不高,操作人員的勞動強度較大。同時每個毛坯都需要留有線切割裝夾余量,耗費大量材料。
線切割加工隔墻內外形時,以初坯的外形四邊作為定位基準,通常將一定數量的工件堆疊在一起同時進行加工,如果初坯外形不一致,將直接造成最終隔墻成品出現尺寸偏差。如果針對每個零件外形單獨制作夾具,分批加工,則又將耗費大量材料與工時。線切割加工通腔時需要多次穿絲,耗費大量時間,直接影響加工效率,同時又增加了操作人員的勞動強度。
(1)鉗工序 在毛坯料上制作安裝孔。
(2)數控銑削 用螺釘將毛坯料擰緊在底板上,銑削加工隔墻實體處厚度至成品尺寸,臺階成形,通腔成形,四周外形成形,隔墻實體四周局部留厚度0.05mm的連接點,連接點將隔墻實體與毛坯料連接。剪斷連接點即獲得隔墻成品。
(1)銑工序 毛坯料銑外形四邊。
(2)鉗工序 在毛坯料上制作安裝孔。
(3)數控銑削 用螺釘將毛坯料擰緊在底板上,銑外形四邊,正反面銑隔墻實體處厚度至成品尺寸,正反面臺階、通腔及槽成形。
(4)線切割 線切割隔墻外形至成品尺寸。
(1)銑工序 毛坯料銑外形兩邊。
(2)數控銑削 四周銑方,光平上表面,銑臺階與槽,夾正面外形四方銑反面外形四方,兩面外形四方可形成臺階。銑反面隔墻實體處至厚度尺寸,銑隔墻通腔及槽成形。
(3)線切割 以較大的外形四方定位,線切割隔墻外形至成品尺寸。
對于薄隔墻,特別是厚度在2mm以內的僅單面有筋槽的隔墻,改進后的工藝采取數控銑削一次成形的加工方法,工藝路線短,工序復合性高,只需一次裝夾定位即可完成主要加工過程,不存在重復定位,尺寸精度及相互之間的位置精度容易得到保證,產品的一致性好,操作人員的勞動強度低。數控銑削一次加工成形的隔墻實物如圖2所示。
圖2 數控銑削一次加工成形的隔墻實物
對于兩面有筋或槽的薄隔墻和厚隔墻,改進后的工藝中,隔墻的臺階、槽和通腔都由數控銑削完成加工,外形由線切割加工成形。圖3為厚度4mm以上的隔墻零件排布實物,零件以陣列的方式排布在單個毛坯上,數控銑削單次裝夾可完成多個零件的集中加工。改進后工藝的主要加工過程集中在數控銑削工序中,工序的復合性提高。尺寸精度、相互之間的位置精度及產品一致性得到提高。線切割定位基準為數控銑削加工所得的外形四邊,外形一致性較好。通腔由數控銑削加工成形,與其他實體間的相對位置精度提高。線切割無需多次穿絲,大幅提升了加工效率,減輕了操作人員的勞動強度。
圖3 厚度4mm以上的隔墻零件排布實物
(1)生產效率提高 表1為隔墻加工工藝改進前后的工時對比,只計算主要工序時間,數據來源于數量>200件的批量生產統計數據。原工藝工時并未計入線切割穿絲時間及工序間周轉用時。
表1 隔墻加工工藝改進前后的工時對比(單位:min)
(2)尺寸精度和一致性提高 對于僅單面有筋槽的薄隔墻,改進后的工藝采取數控銑削一次成形的加工方法,加工過程不存在重復定位,尺寸精度及相互之間的位置精度容易得到保證。對于兩面有筋或槽的薄隔墻和厚隔墻,改進后的工藝中隔墻的臺階、槽和通腔都由數控銑削完成加工,臺階、槽和通腔的尺寸精度及其相互之間的位置精度容易得到保證。線切割加工外形時的定位基準由數控銑削加工所得,可以獲得較好的幾何公差和尺寸精度,并能保證較好的一致性。采用改進后的工藝,隔墻的不合格率僅為原來的1/10。
(3)操作人員的勞動強度降低 改進后的工藝采取成批加工的方式,減少了操作人員裝夾零件的次數。需要大量人工操作的銑工序,在優化后的工藝中僅占很小的比例。采用原工藝時,在加工過程中線切割操作人員需要進行多次穿絲、繞絲等繁復的操作,勞動強度較大,工藝改進后線切割操作人員無需進行穿絲操作。薄隔墻無需線切割,厚隔墻線切割操作工時也僅為原來的30%左右。
優化后的隔墻加工工藝具有工藝路線短、工序復合性高的優點,主要加工過程集中在數控銑削工序中,線切割通腔無需多次穿絲,可顯著提高生產效率和質量穩定性,降低操作人員的勞動強度。
專家點評
該文介紹了薄壁零件隔墻的加工方法和原工藝中需要改進的地方,針對不同類型的隔墻,提出不同的優化工藝方案。新工藝采取數控銑削集中加工的方法,消除了初坯質量不穩定和線切割多次穿絲的弊端,顯著提高了生產效率。
文章的亮點是深入分析問題,注重過程、細節和實效,突出優化后工藝方案的優勢和特點,采取成批加工的方式,將主要加工過程集中在數控銑削工序中,縮短了工藝路線。