近年來，隨著礦業的迅速發展，紅星機械的大型礦用球磨機的制造技術水平處于行業水平。但大型礦用球磨機中的關鍵精密零件——主軸承120°銅瓦，受鑄造、加工等一系列制造技術條件的制約，一直依賴進口，成本居高不下。該銅瓦屬于高精度、薄壁型的分體式零件，該工件剛性差，受到毛坯鑄造的殘余應力、加工過程的切削應力等因素的影響極易發生工件變形，從而降低使產品的制造精度，極大地影響了產品的使用精度和使用壽命。

 因此應對大型礦用球磨機主軸承120°銅瓦試制件進行工藝技術改進，尋找經濟合理有效的制造工藝流程和工藝措施，以解決薄壁、分體式銅瓦的加工制造技術難題。

一、銅瓦制造的工藝分析

1、銅瓦主要技術參數

 銅瓦材質為鉛青銅，凈質量為760kg，銅瓦結合面夾角成120°，3件一組整圓澆注；銅瓦直徑2800mm，壁厚40mm，高度650mm；銅瓦內圓粗糙度Ra=0.8，端面、外圓粗糙度Ra=1.6，其余表面粗糙度Ra=3.2。

2、銅瓦的加工難點

 （1）工藝流程該銅瓦為分體形式（120°）結構，毛坯采取整圓澆鑄，加工時需將工件切開，因此，切開時機的選擇是制定銅瓦制造工藝流程方案的關鍵。

 （2）變形控制由于該銅瓦屬于大直徑、薄壁分體式零件，剛性較差，制造過程中各種應力變形、零件的最終尺寸公差和形位公差較難控制。

二、銅瓦制造的工藝方案

1、總體工藝流程

該銅瓦的制造工藝流程可分為以下兩種方案：

（1）方案1：工件整圓鑄造后，進行粗、半精及精加工，后面將工件切成3瓣；

 （2）方案2：工件整圓鑄造后，進行粗加工，并將工件切成3瓣，再將3瓣銅瓦拼成整圓進行半精和精加工。

分別采用上述兩種制造工藝方案，進行兩組銅瓦試制，并對兩組銅瓦進行了測量分析。

 在同一水平面上將120°銅瓦內圓弧等分20份，將工件放置在數控龍門鏜銑床上，通過機床伺服系統的坐標值來檢測數值。分別測量圓心到內圓弧各等分點的距離（即半徑尺寸），間接獲取工件的內徑尺寸。

2、兩組銅瓦的數據分析

 （1）采用方案1加工完成的120°銅瓦內徑測量數據，工件內徑尺寸在±60°結合面處的差值變化較大。

 （2）采用方案2整圓切開前（即整圓粗加工后），內孔余量單邊5mm，外圓單邊6mm。整圓切開后，精銑每處結合面，工件仍然有張口變形，此時再將工件拼成整圓進行半精及精加工。工件內徑尺寸與名義尺寸在±60°結合面處的變化值較大。即較大變形量在測量角為-60°時為0.36mm，測量角度為+60°變形量為0.37mm。

3、兩種方案的數據對比分析

 在兩種方案的測量數據中，越靠近120°銅瓦兩端結合面處誤差值越大，且工件切開后兩端結合面處于張口變形，是由加工精度誤差和工件切開的變形所造成。通過對比可知，方案2得到的工件內徑尺寸誤差值大幅減小，變形量由方案1的0.8mm降低至0.4mm，由此說明留量切開后再組圓加工的工藝方案對工件的張口變形起到修正作用，因此，分體銅瓦選擇總體工藝方案2的制造流程更為合理。但此變形量仍無法完全消除，經分析發現，工件切開后再拼成整圓已不再是一個均勻的完整剛性體，造成了當刀具切削加工到切縫處，切削應力的突變，尤其是在精加工時是無法完全消除的。方案1的工藝流程相對簡單，整圓銅瓦便于精加工，但工件尺寸變形較大；方案2的工藝流程相對復雜，組合整圓加工難度相對較大，但控制變形效果較好。

通過比較分析，結合實際情況最終確定方案2為該類零件較為合理的制造工藝流程。

4、銅瓦切割方法的分析比較

 120°銅瓦整圓切開的方法有兩種：①數控鏜銑床上，用鋸片銑刀將工件切開后精銑結合面；②在線切割機床上，線切割后精銑結合面。

 由于工件材料屬性的特殊性，鋸片刀切開工件時易夾刀、切縫較大、結合面變形大且精度不高；精銑結合面時對工件結合面的修整量無法預估，因此不需增大毛坯的加工余量，因此實際加工時進行直接采用方案2切割方法，即在線切割機床上線切割后精銑結合面。

三、銅瓦加工過程中的變形控制

1、精加工前的工件組成

 銅瓦切開后精銑結合面，并在結合面上鉆工藝定位銷孔，然后裝入工藝定位銷，按對位標記將分體銅瓦把合。用塞尺檢查把合后的組件結合面間隙。切削加工時工件切縫處所受的切削力越均勻，切削應力的突變就越小，加工完成后的張口變形就越小。

2、精加工過程工件變形的控制

 （1）應力釋放在加工過程中，銅瓦變形主要由毛坯殘余應力、切削應力和切削熱變形引起，為了有效控制銅瓦的變形，銅瓦應在粗加工后切開進行自然時效，充分釋放毛坯在鑄造過程的殘余應力及粗加工的切削應力；半精和精加工之間自然時效釋放應力，精加工時由于工件熱變形伸縮量較大，后面一次粗加工前，松開卡爪和壓板，充分釋放應力。

 （2）裝卡方法半精加工時工件拼成整圓上機床，壓板壓緊銅瓦下部法蘭背端面，上部法蘭各部精加工成，其余加工表面留精加工余量；調裝后以已加工成法蘭部為裝卡基準，精加工時不再需要調裝，可一次裝卡完成關鍵的內圓、外圓表面加工。

 精加工時，機床卡爪的卡緊力不宜過大，僅起到確定工件圓心的定位約束作用即可，同時不得采取壓板固定工件的裝卡方式，而是靠工件的自身重力置于機床工作臺上，采用低轉速、低進給的光刀加工。

四、總結

 通過對大型礦用球磨機主軸承120°銅瓦的成功試制，積累了大量經驗和數據，得出以下幾個主要結論：

 （1）得出此類零件制造的總體工藝方案：整圓鑄造→粗加工→切開→半精→精加工；并將該方案在同類產品中應用，驗證了其合理性。

 （2）采取線切割、定位銷組合加工及半精、精加工的裝卡技術等一系列工藝措施，有效地控制了工件的變形。

 （3）通過分析對比可知，在分體式銅瓦加工時，結合面切削應力的突變是造成工件加工張口變形關鍵控制點。通過進一步分析研究，得出分體銅瓦拼成整圓所需的箍緊力，使之更接近或成為完整的剛性體，將切削應力的突變控制到較小，以進一步提高控制工件張口變形的能力。