通过自制工装解决大型铸件加工颤刀问题

邱建设，沈 波，成荣亮，何守通

（江苏自动化研究所，江苏 连云港 222001）

1 问题描述

有一大型铸件（图1）为镂空件，在加工外表面的过程中经常会出现颤刀共振现象，导致铸件表面存在颤刀纹和严重的接刀痕。原有的加工工艺为在铸件内腔焊接加强筋（图2）或者采用AB胶粘贴加强筋的方法（图3～4），但在加工前、后过程中或者去除加强筋后存在焊接应力导致铸件变形以及AB粘胶难以快速粘贴和去除的问题，加工过程中加强筋由于震动出现掉落从而产生颤刀纹（图5～6）因而导致加工辅助时间长，人工劳动强度大以及质量不容易得到保证的问题。

图1 镂空大型铸件

图2 铸件内腔焊接图

图3 AB胶粘贴加强筋图

图5 强筋后因震动出现掉落产生的颤刀纹

2 原工艺方案分析

原有的加工工艺为在铸件内腔焊接加强筋或者采用AB胶粘贴加强筋，具体分析如下：

2.1 铸件内腔焊接加强筋存在的问题

（1）需要提前准备加强筋，以前用过的加强筋由于在后续机加工后长度变短，部分需要重新下料。

（2）钳工划线完毕，周转至焊接处进行焊接，同时需要两人配合完成，完毕周转至本工序。

（3）加工过程中由于共振的存在，存在出现焊接加强筋断裂的问题，从而在加工过程中出现颤纹。

（4）加工完毕，需要进行机加工去除加强筋的工作，由于焊接应力的存在，导致铸件加工完成后发生局部变形，质量不可控。

2.2 铸件内腔AB胶粘贴加强筋存在的问题

（1）需要提前准备大量AB胶，产生大量有毒有害气体，同时AB胶很容易在空气中硬化，导致粘贴困难。

（2）由于铸件体积过大，粘胶过程中要不断调整铸件的方向，人工操作强度大，辅助时间过长。

（3）由于AB胶表面固化时间一般在1～2小时，完全固化一般在12～24小时，一般我们选择在4小时之后进行机加工的工作，导致加工周期延长。

（4）由于在加工过程中存在共振，存在出现粘贴的加强筋掉落的问题，从而在加工过程中出现颤纹。

（5）加工完毕，需要进行机加工去除加强筋的工作，还需要后道工序进行残余AB胶的去除，通过用铲刀、角磨机等工具进行去除，同时AB胶在打磨过程中会产生有毒有害气体，影响个人身体健康。

图4 加筋后铸件变形图

图6 铸件外表出现的接刀痕

因此，我们需要改进装夹支撑方式，解决铸件外表面加工后留下的颤刀纹以及严重的接刀痕问题，降低人工劳动强度，提高效率，保证质量。

3 新工艺方案确定

3.1 设计方案确定

提出制作一种可调式快夹快拆并刚性支撑的方法来替代原有方案，既能保证装夹过程中的可靠支撑，又能快速装夹，快速去除，单人操作，同时减少工序和周转，降低人工劳动强度同时保障工人身心健康。我们利用铸件内腔存在不少的加强筋和凸台，在此上做文章，利用这个加强筋和凸台来确定支撑和夹紧机构，经过多次验证和结构修改，针对市面上的工具进行改进和优化，最终确定装夹方案（图7～8）：两侧采用大力钳夹紧，中间用一刚性焊接连接在一起（也可做成双向可调长度杆），加强整体刚性；同时两侧的钳口可以进行大小调节，适应不同的内腔凸台或者加强筋。

图7 新工艺方案设计出的铸件结构图

图8 铸件生产装夹方案图

3.2 刚性支撑夹持装置的使用方法

（1）根据凸台或者加强筋的大小以及位置进行钳口的调整，通过尾部螺钉进行调整。

（2）钳口咬住凸台之后，进行夹紧，再微调螺钉进行，直到夹紧力合适即可，然后夹紧。

（3）同样方法进行另外一侧的夹紧工作。

（4）根据实际情况进行装置的添加或者减少。

（5）加工完毕，拨动中间小杠杆进行钳口的快速张开，取出支撑杆即可。

原方案和新方案对比如下：

表1 铸件框架类工件加工中原方案与新方案对比

加工前我们可以提前将刚性支撑装置夹紧在内腔凸台或加强筋上（图9），在数控卧式铣镗床上（图10），进行加工，加工完毕效果见（图11～12）。

图9 钳口夹紧在内腔凸台的示意图

图10 数控卧式铣镗床示意图

图11 铸件完成加工效果图

图12 完成加工未出现颤纹问题铸件

4 结语

通过自制此刚性支撑夹持工装，我们解决了大型铸件的颤纹问题，消除焊接变形，同时提高装夹效率，降低人工劳动强度，减少工序和周转，提高加工质量，辅助时间较之前的两种工艺减少至少1小时，对比其他外单位在可调式支撑夹紧方面的方法，还是具有绝对优势。我们将此方法运用到其他铸件框架类工件中，经过实际应用，我们觉得此方法既经济又适合我们现有的加工情况。