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车工技师论文

 

某异型密封圈加工工艺改进

 

姓名：聂磊

东莞市东晟密封件科技有限公司

某异型密封圈加工工艺改进

 

聂磊

 

摘要：本文讲述了某纯聚四氟异形密封圈的传统加工工艺，与多次改进后的新工艺，描述了工艺改进的过程，以及新工艺与传统工艺的对比情况。

关键词：异型密封圈   车削   车刀  工艺  改进

 前言：

     在现代工业发展中，各种液压密封元件的地位越来越重要，密封圈在材料选择和形状设计等方面也越来越多样化、复杂化。密封圈的加工工艺也应该随之更加创新、发展和进步！

正文：

一、     问题的出现

     前不久，本单位曾生产过一大批如图一所示的异形密封圈，此种密封圈所采用的材料为白色纯聚四氟乙稀，是使用通过压制、烧结成形的，尺寸为Φ24*Φ36.5*38的坯料车制而成。

本产品在生产过程中，坯料的压制与烧结过程都比较顺利，无特别之处，在此不作赘述。

在最初的车制过程中，一般师傅采用的工艺为传统工艺，其具体工艺如下；

表一：异型密封圈传统加工工艺

序号	工序名称	工序内容	设备	工艺装备
1	压制	略	压力机	不锈钢压制模具
2	烧结	略	烧结箱
3	车	将坯料轻夹于三爪自动定心卡盘上，车内孔Φ26+0.2，车至图纸要求。	CL6130
4	车	将车好的内圆的坯料装入车床上预先车好的芯轴（芯轴结构尺寸如图二所示），车外圆  Φ35+0.2，车至图纸要求。	CL6130	图二所示芯轴
5	车	将车好内外圆的坯料再次装入同一芯轴上切断（每件毛坯切出六件半成品），用小拖板控制每件半成品的高度，使其符合图纸要求。	CL6130	图二所示芯轴
6	修边	将切好的半成品（此时的半成品一般都有如图五所示的飞边）修去飞边。		修边刀
7	车	将半成品装入车床上在预先车好的外套（外套结构如图二所示）上，用内孔沟槽成型刀，沟R1的圆弧槽，车至图纸尺寸。	CL6130	图三所示外套 （传统工艺）
8	车	半成品左边朝外，装在车床上预先车好的短芯轴（短芯轴结构如图四所示）上，车左台阶，其直径为Φ31.4+0.2，长度为1.5。	CL6130	图四所示短芯轴
9	车	将半成品装在短芯轴上，用宽度为1.3+0.03的槽刀切槽，控制高度为3和槽底直径Φ29.8+0.2。	CL6130	图四所示短芯轴
10	车	将半成品继续左边朝外，装在短芯轴上，倒角0.3*45。。	CL6130	图四所示短芯轴
11	车	将半成品右边朝外装在短芯轴上用R5的成型圆弧刀车圆弧R5，控制Φ29和高度2。	CL6130	图四所示短芯轴
12	检验	按产品图纸检验		带表游标卡尺
13	清洗、入库	将产品清洗后包装入库

以上的工艺有几点需要说明：

a)    第三道工序用三爪卡盘夹紧坯料时，需要特别注意夹紧力的大小，太大和太小分别会产生变形或松脱的现象。

b)    由于材料本身很大的弹性，在除第三、六道工序以外的其余工序中，坯料或半成品完全可以用一定过盈，直接装在芯轴或外套上，靠半成品与芯轴或套之间的摩擦力带动工件旋转，刀刃能正常切削。

c)    第五道工序所用的切断刀主刀刃两边的尖角上难免有一定大小的倒角，主刀刃又不可以切到芯轴上，这样切断的半成品肯定会有如图五所示的飞边（或毛边），所以必须有工序六修边后才能继续后面的工序。

d)    在第三、四道工序中，虽然半成品的内孔及外圆尺寸公差较大，但为了保证在以后的工序中半成品装入芯轴或套内的过盈量（松紧度）一致，在加工内孔及外圆时应尽量统一尺寸，内孔控制在¢26+0.02，外圆控制在¢35+0.04。

e)    在各车制工序中用的刀具均为高速钢刀具。

       本来，这样的加工工艺也无可厚非，用这种方法生产出来的产品质量也无可挑剔。但是这样的加工工艺中，工序多、用时长。导致成本较高。

二、     解决问题的方法

1）、第一次改进工艺。

     为了节约时间，最好的方法是将两道工序或多道工序在一起进行。如果在加工同一产品时，用转换刀架的方法一次进行多道工序的话，由于转换刀架也需要一定的时间，刀架重复定位精度也会有一定出入，不但不能提高效率，反而会降低精度。

      由于此种材料切削时的切削力很小，用两把或多把刀刃一起切削应该不成问题，所以我设计了一个如图六所示的夹刀用小刀架。 将两把10*10（或8X8）的白钢刀，如图七所示的要求刃磨，并按图所示的要求装夹在小刀架上。

             

于是传统工序中的第五工序与第八道工序可以同一次完成，并且是两把刀同时切削，完全不需任何附加时间，这样就完全可以减少一道工序，节约一道工序的时间。

2）、第二次工艺改进

     节约一道工序的时间并不算太多，是否还可以改进得更好呢？如果重新做过一个小刀架装三把刀是否可行？

如果这样做就有两个问题要解决：

     其一是小刀架中压力槽需要由原来的18mm加到更宽，槽加宽后小刀架钢性就会不够，压三把刀时，槽就会张开，刀架就会变形。

其二是第三把刀的刀刃与第一、二把刀刃的位置会合不拢。

      在实际生产过程中，这两个问题都很难解决，特别是第二个问题，由于第三把刀的刀刃与第一、二把刀刃的位置会合不拢，导致衍伸出来很多其它问题，首先: 刀刃分布太开每个胚料所需切断次数就要增加，其次：切到最后一个时，最前面的刀容易碰到卡盘上，等等。

可以采用另一种办法避开这两个问题，应该可以在同一把刀上面磨出多条切削刃。将多条切削刃浓缩在同一把刀体上。

在工厂没有工具磨床的情况下，我将精磨砂轮的角用金钢笔修出十分尖的尖角，磨出如图八所示的两把刀，其中刀具1有一条切槽刀刃和一台刀刃。1.3+0.02的切槽刀刃可将半成品外圆上槽1.3切出，台阶刀刃可同时将外圆¢31.4+0.2的台阶车出。刀具2有三条刀刃，中间是切断刀刃，左边是R5的圆弧刀刃，用来车半成品上的R5圆弧度；右边是一段45^。倒角刀刃，当切到第二个半成品时，可以顺便将第一个半成品的0.3X45⁰倒角车完，后面依此类推，直到最后一件产品。

 

     其中，磨刀具2上面1mm的切刀刃和R5的圆弧刀刃时，可以拿一个用传统加工工艺车完后，材料略有睱疵的废产品，从截面上剖开作为样板来对照磨。

   照以上方法磨好并装夹后的组合力具理论上应可将车好内外圆的坯料每个产品的所有外形在一次切断中全部完成。

   但实际操作中有两个问题：

   第一：在进行传统工艺中第七道工序的沟槽中，上套时，半成品与外套可以有5mm长度接触，而按新方法，先车完外表面各道工序后，外表面只剩1mm的长度与外套接触，半成品与套之间的摩擦力远远小于用传统工艺时的摩擦力。是否能顺利车制内槽呢？

第二、这两把刀有多条刀刃，在快切到底时，每条刀刃都参加切削，切削力剧增，在切坯料上的第一件产品时，尚可顺利切削，当切到后面几件时，由于剩余坯料与芯轴的接触面小了，切削到快到底时，切削力大于剩余坯料与芯轴之间的摩擦力，剩余坯料就在芯轴上打滑，导致无法顺利车削。

对于第一个问题，拿一个以前车完后材料有斑点的废成品重新上进套里面实验，经实验，只需将外套与半成品的过盈量加大0.05-0.1mm即可顺利地车制内槽。并且因为接触面变小了，半成品上入和取出外套的难度并没有因过盈量的加大而增加。这样，第一个问题就顺利解决了。

     对于第二个问题，我们经实验发现，采用将芯轴加大，增加芯轴与坯料之间的过盈量的方法，并不能达到预期的效果。虽然与以前在较小的芯轴上车削时相比，可以多切两个半成品。但是切到最后一到两个产品时，仍然会打滑。且过盈量增加后，坯料装入芯轴与半成品取下来的难度都增加了，生产效率也大打折扣。

   后又经过实验，可将刀具2的切刀刀刃部分磨短0.1-0.15mm，每两个半成品之间切断部分就会不完全切断，留有0.1-0.15mm的薄皮，将前面的每个切好的半成品与后面剩余的坯料连在一起，这样一来，即使切到最后一个产品，也是靠整个坯料与芯轴的摩擦力带动坯料旋转，完全可以顺利车削到最后一个产品。

车完后，将半成品整筒取下用裁纸刀割开，再修边，修边可达到与传统工艺第六道工序一样的效果。于是第二个问题也圆满的解决了。

 这样，新工艺中的各种问题都得以圆满解决，在采用新工艺后，传统工艺中的第五、八、九、十、十一道工序可以在同一个步骤中完成，大大提高了工效，节约了很多加工时间。

3）、第三次工艺改进

     按一般的想法，能达到以上的效果已经不错了，不会再有更多的想法。

     但我却还在考虑是否还能百尺竿头更进一步。

     经过多次考虑，将图八中的刀具1改进如图九所示新的刀具1，与图八中的刀具1不同之处是比前一把刀多了一个台阶，利用这个台阶，在切坯料的时候，每切一个产品，刀具上多出的台阶都能将前一个产品的外圆车好。这样的话，就可以省略传统工艺中的第四道工序，于是又节约了一道工序的时间。

  三、解决问题后的比较与思考

经过多次工艺改进后的生产工艺如表二所示：

表二：异型密封圈多次改进后的加工工艺

序号	工序名称	工序内容	设备	工艺装备
1	压制	略	压力机	不锈钢压制模具
2	烧结	略	烧结箱
3	车	将坯料轻夹于三爪自动定心卡盘上，车内孔Φ26+0.2，车至图纸要求。	CL6130
4	车	将车好内圆的坯料装入芯轴上用图九所示的组合刀具切断	CL6130	图2所示芯轴
5	修边	将切好的半成品割开并修边。		修边刀
6	车	将半成品装入车床上预先车好的外套（图二）上，用内孔沟槽成型刀，沟R1的圆弧槽，车至图纸尺寸。	CL6130	图3所示外套 （新工艺）
7	检验	按产品图纸检验		带表游标卡尺
8	清洗、入库	将产品清洗后包装入库

从表二可以看出，此异型密封圈的最后加工工艺中，属于车工的工序只有三道了。与表一传统工艺中的七道车工工序相比较，节约了四道工序，并且是在不增加任何其它辅助时间的基础上节约出来的。原来传统工艺的做法，车制所需要的时间是大约平均每件需要五分钟，而改进后的新工艺平均每件所需时间则为不到两分钟。工作效率提高一倍以上。

这样由于工作效率低导致成本高的问题就得到十分圆满地解决！

结束语：

    这次工艺改进带来的效果是巨大的，每个工件平均需要五分钟的传统工艺，经过多次改进后变得只需要不到两分钟，平均每个工件能节约三分钟多，以一万件产品来计算就能节约三万多分钟，折合五百多小时。这样就节约五百多小时的人工、电力、机床损耗，可为工厂带来巨大的经济效益，还能间接保护环境。

    表面上看我们可能仅仅看到，工作效率低导致成本高的问题得到了十分圆满地解决。但如果我们从更加深的层次看待这次工艺改进，实际上这次工艺改进给我们带来的收获并不单单只是此异形密封圈个加工效率的提高。同样的经验也可以用在类似产品之上，只要我们能开动脑筋，有很多类似产品能以相同方法改进工艺，从而在大范围内提高加工效率。