水電蝸殼是非常典型的薄壁件。根據圖紙進行三維建模，對零件進行工藝性分析，針對各個需要加工的面、孔、槽的技術要求，選擇合適的加工方案；通過幾種不同的加工順序的比較，選擇最優工藝路線；合理選用機床、刀具和切削用量並計算工時定額，完成完整的工藝過程卡和部分工序卡片的製作；針對實際加工中產生的問題加以分析，並提出解決的措施，為今後加工類似零件積累經驗，不斷地改進其加工工藝，降低生產成本，提高效率。
引 言
在日常工作中，薄壁件在能夠保證其功能的同時用料少、質量較輕，所以一般情況下，對於薄壁件的生產需求還是比較大的。但薄壁件的軸向尺寸小，裝夾基準面小，很容易發生變形，難以保證加工質量，因而其加工成了行業內的棘手問題。本次研究的水電蝸殼厚12 mm，最小直徑479.4 mm，最大直徑1860 mm，厚度與直徑比為1∶40～1∶155，很顯然，該零件大部分的厚度與直徑比大於1∶50，所以本次課題要研究的水電蝸殼是一個非常典型的薄壁件零件。
1 工藝基準及工藝塊的選擇
1.1 零件的結構分析
該零件主要由薄壁蝸殼、座環、固定導葉、法蘭盤、支腳等組合而成，其中薄壁蝸殼是由四個單體件通過螺栓聯接而成，其中每個單體件都是由類似於圖1所示的幾個單體蝸殼焊接而成，固定導葉與上下座環通過焊接聯接在一起，座環與蝸殼同樣是通過焊接並以法蘭盤聯接在一起，支腳分別同蝸殼與座環焊接成一個整體。
圖1 單體蝸殼示意圖
整體座環是由4個1/4座環聯接而成，為了保證蝸殼能夠起到導流作用，這4個座環必須處在同一水平面上，按照圖紙要求2個水平面的平行度誤差必須≤0.05mm。由於這4個面是通過法蘭盤聯接而成，因此這些法蘭面的加工精度與安裝精度相對而言要比較高，孔的位置精度要求更加高，這樣才能保證2個水平面的平行度滿足要求。
1.2 裝夾方式的選擇及工藝塊的製作
此次加工的水電蝸殼由於體積比較大，且是單件小批量生產，加工較為複雜，所以採用畫線找正裝夾。此方法是先在水電蝸殼上按照零件圖畫出蝸殼中心線、各法蘭面加工線以及408h7上、下平面加工線；再將工件裝上機床，按照畫好的線找正工件在機床上的裝夾位置,進而完成對此蝸殼零件的裝夾。
由於水電蝸殼是一個非常典型的薄壁類零件，在裝夾過程中如果直接受力則很容易導致其變形，從而影響零件的加工精度，可以考慮添加工藝塊來輔助定位裝夾。因為蝸殼上有法蘭，其相對於薄壁的厚度要大一些，因此，選擇在法蘭上添加80 mm×80 mm×60 mm的長方體工藝塊；另外還在座環面上添加工藝塊，考慮到座環上、下兩面都要加工並且長方體工藝塊容易導致加工時零件的左右滑動，因此選擇“L”型工藝塊來防止工件的上下與跳動滑動，工藝塊的位置應該避開孔及臺階面，基本上處於中間位置，首先遠離支腳，其次受力較為均勻，便於三點找正。工藝塊的焊接及形狀如圖2所示。
圖2 工藝塊的焊接及形狀
1.3 工藝基準的選擇
在蝸殼的加工過程中，首先確定某點或某線、面的位置，並以這些點、線、面作為參照進行加工，這些點、線、面就是加工這個零件的基準。根據產品自身的特性，我們在加工時有選擇性地對工藝基準進行挑選，以兩大原則(基準重合原則、基準統一原則)為守則，對蝸殼進行基準優化選擇。
a)基準重合原則：一般情況下，儘可能選用設計基準作為定位基準。此次加工的水電蝸殼由於是一個非常典型的薄壁類零件，在實際加工與設計的時候，兩者的基準不相重合，主要是由於薄壁類零件本身在加工的時候需要考慮到受力、受熱等產生變形，所以需要添加輔助工藝塊來加工。則設計基準是蝸殼中心，而定位基準是添加的輔助工藝塊，那麼定位基準與設計基準是不重合的，自然不能按照設計基準來定位，否則容易造成誤差。
b)基準統一原則：儘可能選擇同一個定位基準來加工不同的表面。這樣有利於保證各個加工表面之間的位置精度。比如，在蝸殼的加工中，使用端面銑刀銑法蘭面以及在法蘭面上加工孔的時候，採用的是同一個基準，沒有移動或者翻動零件，以此來保證基準統一。
2 工藝路線分析及執行
由於本次加工的水電蝸殼是由4個單體件組合起來的，那麼就必須保證4個單體件在加工完成之後能夠組裝在一起，如果同時將這8個合縫法蘭面全部加工完成，這樣肯定會節省工作時間，而且整個工藝過程也會變得簡單許多。但是在實際的機加工生產中，由於零件的加工時存在各種各樣的誤差，有機床誤差、操作誤差以及刀具磨損等，且這4個單體件能夠在保證圖紙要求的精度範圍內裝配合格的幾率是相當小的，所以需要採用單體加工、兩兩拼裝再加工與合裝加工相結合來完成。
2.1 拼裝方式選擇
4個單體件的兩兩拼裝(兩兩之間必須相連才能拼裝，通過螺栓聯接)以及兼顧需要加工的法蘭面，可以有兩種選擇：第一種，蝸殼件1與蝸殼件4拼裝加工，蝸殼件2與蝸殼件3拼裝加工；第二種，蝸殼件1與蝸殼件2拼裝加工，蝸殼件3與蝸殼件4拼裝加工。首先，考慮到定位基準面A1的因素，合縫面A-A與定位基準面A1成
，而合縫面B-B與定位基準面A1所成的角度過大，不容易保證，誤差可能會比較大，選擇第一種方式比較合適；其次，考慮到零件加工體型對加工的影響，第二種方式比第一種方式從體型誤差上來說要小一些，這樣也便於定位裝夾，從而相對能夠保證其加工精度。綜合以上兩方面因素，選擇第一種方式進行拼裝，即蝸殼件1與蝸殼件4拼裝加工，蝸殼件2與蝸殼件3拼裝加工，如圖3，4所示。
圖3 蝸殼件1與蝸殼件4拼裝加工圖
圖4 蝸殼件2與蝸殼件3拼裝加工圖
2.2 拼裝注意事項
在拼裝的時候必須滿足兩部件位置精度的要求，由於蝸殼件比較大而笨重，為保證兩座環面的平面度誤差小於0.05 mm，所以必須採用打銷孔、裝入銷子的方式來定位，從而保證精度。
2.3 合裝注意事項
在合裝的過程中要注意先將銷子定好，然後再將螺栓、螺母緊固好，由於在螺栓、螺母鬆開的時候，在自身重力差以及螺栓的支撐產生的扭轉力的作用下，兩個座環面之間產生了落差，從而有了臺階面的產生，所以在緊固螺栓、螺母的時候必須要用千斤頂將較低的一個座環面托起，使得兩個面在螺栓、螺母緊固好之後能夠平行或者平行度誤差在0.05 mm以內，才能夠繼續下一環節即合裝後的加工。合裝完成如圖5所示。
圖5 合裝完成圖
2.4 零件檢驗
該水電蝸殼的材料為普通鋼材，且為焊接件，有可能在焊縫處留有缺陷，或者在加工過程中受到拉伸導致零件表面產生缺陷，為了使加工出來的產品能夠達到預期的要求，因此必須對零件進行探傷。
2.4.1 探傷方式介紹
常用的三種探傷方式(PT，UT，MT)各有其優缺點和適用範圍，簡介如下：
1)滲透探傷(PT)：零件表面出現開口缺陷時，滲透劑將會滲透進去；去除表面多餘的試劑後，噴上顯像劑，可以將滲透進去的試劑吸出來並在表面構成印記。適合探測部位：①坡口表面；②碳弧氣刨清理完的刨槽表面；③焊縫清除後的刨槽表面；④工卡具剷除的表面；⑤不便於MT探傷部位的表面開口缺陷。適用性：①金屬材料和非金屬材料；②磁性和非磁性材料；③焊接、鍛造及軋製等加工方法；④具有較高的靈敏度；⑤顯示直觀，操作方便，價格低廉。缺點：①只能檢測出表面開口的缺陷；②只能檢測出缺陷的表面分佈；③靈敏度沒有MT高。
2)磁粉探傷(MT)：由於材料表面有缺陷，被磁化後的工件吸附灑在工件表面上的磁粉，在缺陷處形成在紫光燈照射下可見的磁痕，從而看出缺陷的部位及形狀。適用性：①可檢驗鐵磁性材料表面及近表面難以肉眼看出的缺陷；②可對原材料、半成品等零件進行檢測；③可找到裂紋、夾雜、白點等缺陷。侷限性：①不能檢查奧氏體不鏽鋼；②不能檢測非磁性材料，如銅、鋁等；③無法發現表面淺的劃傷；④難以發現埋藏較深的孔洞；⑤只能發現與工件表面形成的大於
的分層和摺疊。優點：①對工件沒有損傷；②操作簡單方便；③檢測成本低；④對缺陷檢測的靈敏度高。缺點：①對探傷表面的光滑度要求高；②對探傷人員的要求較高；③檢查範圍小，速度慢。
3)超聲波探傷(UT)：超聲波在工件內部反射、透射，在缺陷處產生異常的波形通過圖像顯現出來，則此處即為工件內部的缺陷處。適用性：①適合對各種材料進行檢測；②可對較厚工件進行內部缺陷檢測；③善於檢測出面積型缺陷；④檢測成本低，速度快；⑤無害無汙染，使用方便。侷限性：①難檢測不規則零件；②由於缺陷在內部，所以難以直接看到③零件材質會對結果產生偏差。
2.4.2 探傷方式選擇
此次需要探傷的部位主要是各個法蘭面與座環面的焊縫處以及與法蘭面在同一水平面上的座環側面。由於內部的探傷在加工之前已經完成，因此主要檢測的都是表面或者近表面，所以不會選擇UT即超聲波探傷，只能在MT探傷和PT探傷方式之間來選擇；由於MT探傷比PT探傷的靈敏度要高且不能在表面較為粗糙的情況下進行探傷，所以必須在每次半精銑法蘭面後在焊縫處進行MT探傷，至於選擇MT探傷的原因是因為此焊縫處為重要部位，需要靈敏度高的探傷，PT探傷只能檢測出表面缺陷的分佈而不能檢測出缺陷的深度；而對於最後的探傷檢測而言，追求的是時間短且由於前面已經經過了靈敏度較高的MT探傷，零件出現缺陷的可能比較小，所以選擇PT探傷，由於對MT探傷而言，它的檢測範圍小且檢測速度慢，而PT探傷相對而言要快上一些。
3 結束語
薄壁類零件的加工在機械製造業中佔有很重要的地位，為提高零件加工精度與生產效率，應充分考慮零件的固有特性進行整體分析，選好加工步驟方能保證其設計要求。對於數控加工來說，工藝流程是其應用的重要環節，它關係到加工出的零件的正確性與合理性。本文以水電蝸殼為典型案例，探討了數控加工中的工藝規程，選擇合理高效的工藝路線，對保證零件的加工質量，提高數控機床的使用效率和使用質量都有重要的意義。
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