鼓轮零件为铝合金薄壁长筒结构，四周均布异形长槽和网状圆孔，材料去除量大，加工变形不易控制，质量问题主要集中在变形造成的内孔和外圆超差上。本文通过工艺优化，精镗孔工序由工装环抱式径向压紧更改为立式装夹轴向压紧。压紧过程通过千分表测量内孔变化和外圆侧母线位移情况，全过程监控变形量。通过控制加工余量、去除加工应力和预留表面处理工艺尺寸等措施，解决了加工过程中的零件变形难题。
PART01序言
鼓轮是滤棒成型机组滤棒输出系统关键零件，它通过与内部装配的阀体、阀座等零件配合，利用负压将滤棒减速、校准，并向下游传输，承担着重要的交通枢纽作用。
PART02零件结构及技术要求
鼓轮零件为铝合金薄壁长筒结构（见图1），关键尺寸如图2所示，其中尺寸带*要求无表面处尺寸带**为表面处理后最终尺寸。零件四周均布42处异形长槽、966处φ5mm孔，加工过程中金属去除率达82.5%，零件刚性差。因零件四周长槽为滤棒通道，故为提高表面耐磨性，零件表面要求局部硬质阳极氧化处理（Al/Et.A50hd）[1]和局部喷涂LW-1N10，涂层厚度（0.06±0.02）mm。前期试制攻关时，发现零件关键尺寸φ195H7孔、φ215H6孔和φ218f7外圆在加工过程中极易变形，试制合格率为0%。
图1 鼓轮零件示意
图2 鼓轮零件关键尺寸
PART03加工中存在的问题
试制加工期间共投产11件，工艺流程为：粗车外圆内孔及端面→去应力→半精车外圆及内孔→粗铣长槽及钻孔→精镗孔及端面→精车外圆→精铣槽→阳极氧化→喷涂。
试制加工一次交验合格率为0%，质量问题主要为φ195H7孔、φ215H6孔和φ218f7外圆超差。查看鼓轮全过程加工方案得知，精镗孔装夹方式为专用工装环抱式径向压紧，如图3所示，该夹紧方式对于薄壁类零件精镗孔不适宜，夹紧时会引起孔轻微变形，镗孔后松开夹具，零件回弹导致孔圆度超差。经检测发现，精镗后φ215H6孔圆度为0.04mm，已经超差，同时，喷涂涂料以约160℃温度喷射到零件表面，引起零件内应力释放，经检测发现，喷涂过程孔圆度变化为0.02mm。
图3 改进前卧式镗孔装夹方式
PART04工艺方案优化
针对试制工艺方案的缺陷，为避免零件精镗孔装夹变形，将装夹方式由工装环抱式径向压紧更改为立式装夹轴向压紧[2]。将3个等高块固定在通用夹具基础板上，零件以φ218f7外圆端面定位，用台阶压板放置到零件圆周宽为5mm的槽内压紧。压紧过程通过千分表测量内孔变化和外圆侧母线位移情况，通过调整各压板压紧力保证装夹前后零件变形位移≤0.01mm，如图4所示。验证立式装夹方式变形量可控后，在牧野V77L立式加工中心上进行精镗孔试加工，对孔变形量进行全过程监控，具体数据见表1。经检测，孔加工后圆度≤0.015mm，满足要求。
图4 监测立式装夹方式零件变形
表1 立式装夹方式φ215H6变形量（单位：mm）
由于毛坯去除量大，零件壁薄且多孔多沟槽，导致加工过程中零件因内部应力变化而产生变形，如前期不去除加工应力，则在阳极氧化和喷涂过程中会导致应力释放，从而加大零件变形量，因此消除加工应力引起的变形对提高鼓轮零件加工精度非常重要。
为了降低阳极氧化和喷涂过程对零件变形的影响，最大程度上降低零件内应力，在原工艺1次稳定化处理的基础上又增加了2次稳定化处理，即进行3次稳定化处理。其中精加工部分由之前的精镗孔→精车外圆→精铣槽→阳极氧化→喷涂，更改为卧式粗镗孔去除余量→稳定化处理→立式半精镗孔留余量至φ194.5
mm、φ214.5
mm→精车外圆→精铣槽→立式精镗孔→阳极氧化→喷涂[3]。具体工艺方案见表2。
表2 鼓轮加工优化后工艺方案
PART05加工中存在的问题
确定可行方案后，按照新工艺方案进行批量加工验证，对关键过程数据进行监控记录，入库前尺寸检测如图5所示，部分尺寸检测结果见表3。
图5 入库前尺寸检测
表3 入库前部分尺寸检测结果 （单位：mm）
零件入库检测圆度≤0.02mm，完全满足设计要求，合格入库。随后试件被安装至公司产品ZL29纤维滤棒成型机组，经测试运行效果良好。截至目前，已顺利完成多批次鼓轮零件加工，均合格入库。
PART06结束语
鼓轮零件设计精度要求高，材料去除量大，加工变形不易控制。工艺设计过程中，通过改进装夹方式、优化加工余量控制、增加热处理去除应力和预留表面处理工艺尺寸等措施，避免了加工过程中零件变形，很好地保证了零件加工质量。该工艺方案已推广应用到其他规格零件的加工中，取得了很好的成效。
专家点评
鼓轮零件为铝合金薄壁长筒结构，四周均布异形长槽和网状圆孔，材料去除量大，加工变形不易控制，质量问题主要集中在变形造成的内孔和外圆超差上。作者通过优化工艺方案，改进装夹方式，合理安排热处理和局部表面处理，保证了鼓轮加工质量。
文章的亮点是薄壁长筒零件的装夹方式与变形控制，工艺方案和工序内容都比较详细。通过工艺优化，精镗孔工序由工装环抱式径向压紧更改为立式装夹轴向压紧。压紧过程通过千分表测量内孔变化和外圆侧母线位移情况，全过程监控变形量。通过控制加工余量、去除加工应力和预留表面处理工艺尺寸等措施，解决了加工过程中的零件变形难题，具有很好的实用性。
