某武器分系统箱体加工工艺研究

彭代强 张 建 朱文兵 杜金城 王彦军

(中国兵器装备集团自动化研究所，四川 绵阳 621000)

某武器分系统共有5个单体构成，箱体零件作为01单体最重要的1个部分，承担着系统的综合信息处理功能。该箱体使用材料为铸造铝合金，铸铝的密度比铸铁和铸钢小，而比强度则较高[1]，因此在承受同样载荷条件下，采用铝合金铸件，可以减轻结构的重量[2-3]。但该箱体结构较为复杂，机械加工工序多，加工过程报废率高，质量不稳定，影响产品今后的批量生产。为了解决该质量隐患，项目改进小组决定对箱体的机械加工过程进行工艺分析，降低箱体加工的报废率，提高产品质量。

1 分析原因

经现场查看箱体的不合格品，发现产生报废的工序均为内表面安装板卡的长槽加工工序。由于箱体整体结构内表面多、加工内长槽的工艺方法选择受限，因此在箱体的机械加工工艺卡片上明确箱体内长槽的加工方式为线切割。而铸铝件线切割产生缺陷的原因较多[4]，为找出内长槽线切割产生报废的原因，项目改进小组集思广益，认真分析，通过运用头脑风暴法，从人、机、料、法及环5个方面认真梳理，共列出了8条原因，同时小组成员对原因进行了分析，并一一列举在因果图上(见图1)。

由分析可知，导致箱体加工检验合格率低的末端因素共有如下8个：

(1)操作人员水平低。

(2)编程程序出错。

(3)设备没定期保养。

(4) 铸铝检验不达标。

(5) 箱体结构不合理。

(6) 加工工艺不合理。

(7) 零件装夹不合理。

(8) 现场加工环境不达标。

小组成员针对8项末端原因逐一进行要因确认，最终确定影响箱体合格率低的因素是箱体结构不合理和加工工艺不合理。

从箱体内长槽尺寸图(见图2)可以看出，箱体内长槽的间距尺寸精度为±0.1 mm，槽深度为173.5±0.1 mm。该内长槽结构采用常规的铣削加工无法实现，如采用插床加工，长槽精度又无法满足要求[5]，整体加工的工艺方法选择受限，因此该长槽采用了线切割加工的方式。而线切割加工尺寸精度较高且切割面积较大的铸铝件容易产生切割缺陷，从而造成箱体加工出现质量问题[6-7]。

经查看箱体的机械加工工艺过程卡片，箱体的加工工艺路线大致为：铸造箱体外形→粗精铣箱体外形→线切割箱体内长槽→加工各处孔→铝氧化→喷漆→刻字→填漆。由于内长槽尺寸精度要求较高，且深度为173.5±0.1 mm，因此工艺上采用线切割加工的方式。而铸铝件本身存在不同程度的气孔等缺陷(铸造件的正常现象)[8-10]，内部导电性较差，线切割设备电极丝在“走丝”的过程中如果遇到这类缺陷，且切割面积较大的情况下，就会出现“跳丝”现象[11]，造成长槽台阶出现裂纹或缺损，从而无法达到内长槽的加工工艺要求。

2 制定对策

小组针对以上分析得出的主要原因制定了对策表，见表1。

表1 要因分析对策表

3 实施对策

在实际加工过程中，我们严格按照PDCA循环阶段要求，根据选用的对策采取了相应的措施，具体实施如下：

对策一：优化箱体结构设计

通过分析箱体的结构和装配要求，在不影响功能和使用的前提下，运用TRIZ物理矛盾与分离原理的方法，将箱体结构由整体铸造更改为外壳铸造+内部铝件安装的方式，箱体图纸拆分为铸造箱体(材料牌号：ZL1010A)、导轨块(材料牌号：2A12/H112)和螺钉3个部分，最终用螺钉将导轨块安装在铸造箱体上。

对策二：优化加工工艺

在箱体结构优化后，通过分析箱体的工艺编制路线，运用TRIZ物理矛盾与分离原理的方法，优化加工工艺，将箱体导轨块(即“长槽”部位)的加工方式由线切割更改为铣削加工同时采用孔距精准定位，提高箱体和导轨块的安装起始尺寸和孔距精度(±0.02 mm以内)，保证导轨块组装后平面度控制在0.1 mm内。通过首件加工验证，实现了导轨块的铣削加工和箱体的螺钉连接安装(箱体组装首件见图3)。

4 效果检查

经过对分系统箱体机械加工开展工艺技术研究，将箱体从设计和工艺上进行优化后，箱体经首件验证，内部各处长槽美观、一致，没有出现裂缝和缺损。组合喷漆后，外观喷漆效果与之前的整体铸造基本一致，导轨块组装后整体平面度在0.1 mm以内，且长槽的表面粗糙度较之前的6.3 μm提高到3.2 μm，更利于后期装配使用(首件喷漆实物见图4)。

在后续的63件箱体加工完成后，经过本单位质量部门检验，加工尺寸和精度满足图纸要求，全部合格，合格率100%，目标达成。

5 结语

本文通过分析箱体机加工艺过程，找出了铸造箱体线切割加工报废产生的原因，运用TRIZ物理矛盾与分离原理的方法，采用工艺验证、首件确认的方式，确定了合理经济的工艺方案，使箱体零件的机加合格率提高到100%，加工效率提高了40%，单件的机加工成本降低了20%，对类似箱体的加工工艺研究具有一定的参考价值。